E1a - sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego, Poradniki, Projekty, Badania z Fizyka

Pobierz E1a - sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego i więcej Poradniki, Projekty, Badania w PDF z Fizyka tylko na Docsity! Wstęp: Efekt Halla to zjawisko fizyczne, które wytwarza się w momencie różnicy potencjałów w przewodniku prądu elektrycznego. Zjawisko to zachodzi jedynie w momencie, gdy przewodnik znajduje się w polu magnetycznym, które jest ułożone poprzecznie w stosunku do płynącego prądu. 1. Omówić zjawisko Halla w metalach i półprzewodnikach. 3 Rozpatrzmy teraz płytkę metalu (lub półprzewodnika) umieszczoną w polu magnetycznym, prostopadłym do kierunku przepływu prądu. Jeżeli w płytce płynie prąd to na ładunki działała siła odchylająca powodująca zakrzywienie ich torów w kierunku jednej ze ścianek bocznych płytki Gromadzenie się ładunków na ściance bocznej powoduje powstanie poprzecznego pola 4 bocznej powoduje powstanie poprzecznego pola elektrycznego Halla Pole Halla jest dane zależności Efekt Halla to zjawisko fizyczne, które wytwarza się w momencie różnicy potencjałów w przewodniku (półprzewodniku) prądu elektrycznego. Zjawisko to zachodzi jedynie w momencie, gdy przewodnik znajduje się w polu magnetycznym, które jest ułożone poprzecznie w stosunku do płynącego prądu. Dla przykładu: jeżeli umieścimy płytkę metalu (lub półprzewodnika) w polu magnetycznym, prostopadłym do kierunku przepływającego przez nią prądu to na ładunki działa siła odchylająca powodująca zakrzywienie ich torów w kierunku jednej ze ścianek bocznych. Gromadzenie się ładunków na ściance bocznej powoduje powstanie poprzecznego pola elektrycznego Halla. Cel ćwiczenia: - ustalenie prawidłowości rządzących efektem Halla w germanie, - wyznaczenie: stałej Halla, koncentracji i ruchliwości nośników ładunku w germanie (typu p lub n), Wyciągnięcie wniosków dotyczących rodzaju przewodnictwa w badanej próbce. Rys. 1 Stanowisko pomiarowe. (fotografia z instrukcji z instrukcji do ćwiczenia https://cmf.edu.p.lodz.pl/pluginfile.php/136357/mod_resource/content/11/E1.pdf) W skład aparatury potrzebnej do przeprowadzenia ćwiczenia wchodzą urządzenia przedstawione na rysunku 1:  zintegrowany moduł II, zawierający badaną próbkę półprzewodnikową, miernik natężenia prądu (miliamperomierz), oraz potencjometr sterujący prądem przepływającym przez próbkę,  elektromagnes III (cewki indukcyjne na wspólnym rdzeniu),  układ zasilający próbkę i elektromagnes (zasilacz I), 7  mierniki: napięcia Halla VI (cyfrowy miliwoltomierz),  teslametr IV – miernik wielkości indukcji pola magnetycznego z sondą pomiarową V, tzw. hallotronem. Przebieg eksperymentu: Pracowaliśmy na stanowisku „a” z próbką o parametrach: Ro=63Ω, S= (1,0 ± 0,1) x 10-5 m2, d= (1,0 ± 0,1) x 10-2 m, l= (2,0 ± 0,1) x 10-2 m, jednak na podstawie poleceń prowadzącego prowadziliśmy ćwiczenie tak jak dla ćwiczenia E1b. Przeprowadziliśmy szereg pomiarów ustawiając napięcie zasilające układ na 12 V. Pomiary wykonaliśmy seriami dla stałego natężenia prądu I wynoszącego odpowiednio : - 30mV, -15 mV, 15 mV, 30 mV. Zmieniając wartość indukcji pola magnetycznego B w przedziale 0-250 mT z krokiem pomiarowym co 30 mT odczytywaliśmy na mikrowoltomierzu wartości napięcia Halla UH. Wartości pomiarów przedstawiliśmy w tabeli. Dane zostały przedstawione w postaci graficznej na wspólnym wykresie przedstawiającym zależność UH = f(B).Dane pomiarowe i wykres przedstawiamy w tabeli nr 1 i rysunku nr 2. Tabela nr 1. UH = f(B) Dla I = -30 mV Dla I = -15 mV Dla I = 15 mV Dla I = 30 mV Nr pomiaru B [mT] UH [mV] B [mT] UH [mV] B [mT] UH [mV] B [mT] UH [mV] 1. 0 -2,1 0 -1,1 0 0,7 0 1,4 2. 30 -9,4 30 -5,0 30 4,0 30 8,1 3. 60 -17,1 60 -9,3 60 7,3 60 14,9 4. 90 -24,2 90 -13,3 90 10,6 90 21,3 5. 120 -31,7 120 -17,2 120 14,0 120 28,1 6. 150 -39,0 150 -21,4 150 17,2 150 34,7 7. 180 -46,4 180 -25,3 180 20,4 180 41,5 8. 210 -53,4 210 -29,3 210 23,6 210 47,9 9. 240 -60,5 240 -33,3 240 26,9 240 54,3 10. 250 -63,1 250 -34,7 250 27,8 250 56,5 8 Rys. 2 Wykresy dla UH = f(B) przy I wynoszącym: -30mV, -15mV, 15mV, 30mV Obliczenia: Metodą najmniejszych kwadratów należy wyznaczyć wspólczynniki kierunkowe a otrzymanych prostych oraz błędy współczynnika kierunkowego Δa. W naszym przypadku zastosowanie programu Logger Pro umożliwia otrzymanie wspólczynnika a oraz Δa bezpośrednio z wykresu – jest to wartość parametru „m” i wynosi: - dla I= -30 mV a = -0,2437 10∙ -3 V T Δa = ± 0,0007 10∙ -3 V T - dla I= -15mV a = -0,1343 10∙ -3 V T Δa = ± 0,0003 10∙ -3 V T - dla I= 15 mV a = 0,1087 10∙ -3 V T Δa = ± 0,0003 10∙ -3 V T - dla I= 30 mV a = 0,2205 10∙ -3 V T Δa= ± 0,0005 10∙ -3 V T 9