I rok - informatyka
|
Laboratorium fizyki |
03.10.1995 |
|
Badanie zjawiska Halla
|
|
Ćwiczenie numer 2 |
|
Ocena: |
I . Cel ćwiczenia
Celem tego doświadczenia jest pommiar napięcia Halla, a następnie obliczenie stałej Hall oraz koncentracji nośników prądu.
II. Przebieg ćwiczenia
1. Do przeprowadzenia doświadczenia używamy takich przyrządów jak, zasilacz stabilizowany prądu stałego, opór zabezpieczający R, miliamperomierz, próbka półprzewodnikowa H, przełącznik P1, miliwoltomierz, autotransformator At, prostwnik G, amperomierz A, przełącznik P2, elektromagnes M.
2. Łączymy wszystkie przyrządy według poniższych schematów.
a) obwód służący do pomiaru napięcia Halla Uh
b) obwód służący do wytworzenia pola magnetycznego między biegunami elektromagnesu M
IV. Pomiary
a)dla prądu magnesującego Im wynoszącego 2A.
Natęzenie prądu magesującego Im [A] |
Natężenie prądu sterującego Ix [mA] |
Napięcie miliwoltomierza U1 [mV] |
Napięcie miliwoltomierza U2[mV] |
Napięcie Hala Uh[mV] |
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
111,3 |
-125 |
118,15 |
|
4 |
233 |
-258 |
245,5 |
|
6 |
346 |
-388 |
367 |
|
8 |
459 |
-515 |
487 |
|
10 |
566 |
-631 |
598,5 |
|
12 |
667 |
-735 |
701 |
|
14 |
765 |
-840 |
802,5 |
|
16 |
854 |
-925 |
889,5 |
b)dla prądu magnesującego Im wynoszącego 3A.
Natęzenie prądu magesującego Im [A] |
Natężenie prądu sterującego Ix [mA] |
Napięcie miliwoltomierza U1 [mV] |
Napięcie miliwoltomierza U2[mV] |
Napięcie Hala Uh[mV] |
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
158 |
-179 |
168,5 |
|
4 |
324 |
-367 |
345,5 |
|
6 |
487 |
-547 |
517 |
|
8 |
643 |
-728 |
685,5 |
|
10 |
791 |
-888 |
839,5 |
|
12 |
928 |
-1031 |
979,5 |
Napięcie Halla Uh dla danego natężenia Ix prądu sterującego jest równe średniej arytmetycznej dwóch odczytów na woltomierzu U1 i U2 przy zmianie zwrotu indukcji pola magnetycznego między biegunami elektromagnesu
V. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów następnym krokiem doświadczenia jest sporządzenie wykresu zależności napięcia Halla Uh w funkcji natężenie prądu sterującego Ix przy stałym prądzie magnesującym
VI. Błąd pomiaru przy odczytywania wartości wynoszą:
a) z amperomierza - klasa 0,5 zakres 20mA
b) z amperomierza - klasa 0,5 zakres 7,5A
c) miliwoltomierz Uh - klasa 1 zakres 2v
VII. Oblicznie stałej Halla R :
A) dla prądu magnetycznego Im=2A
Z wykresu indukcji pole magnetyczego B w funkcji natężenia rądu magnesującego Im, odczytujemy , iż dla Im = 2A -> B = 0,48 T
korzystając ze wzoru
wyznaczam stałą Halla R i liczę jej wartość dla poszczególnych wartości Ix i Ux
Uh = 118,15 mV Ix = 2mA
Uh = 245,5 mV Ix = 4mA
R2 = 1022,92*10e-6 1/c
Uh = 367 mV Ix = 6mA
R3 = 1019,44*10e-6 1/c
Uh = 487 mV Ix = 8mA
R4 = 1014,58*10e-6 1/c
Uh = 598 mV Ix = 10mA
R5 = 997,5*10e-6 1/c
Uh = 701 mV Ix = 12mA
R6 = 973,61*10e-6 1/c
Uh = 802 mV Ix = 14mA
R7 = 955,36*10e-6 1/c
Uh = 889,5 mV Ix = 16mA
R8 = 926,56*10e-6 1/c
b) dla prądu magnetycznego Im = 3A
B = 0,68 T
maximum record size = 23
record size = 460773
Uh = 168,5 mV Ix = 2mA
Uh = 345,5 mV Ix = 4mA
R2 = 1016,18*10e-6 1/c
Uh = 517 mV Ix = 6mA
R3 = 1013,73*10e-6 1/c
Uh = 685,5 mV Ix = 8mA
R4 = 1008,09*10e-6 1/c
Uh = 839,5 mV Ix = 10mA
R5 = 987,65*10e-6 1/c
Uh = 979 mV Ix = 12mA
R6 = 960,29*10e-6 1/c
VIII. Obliczanie koncentracji nośników prądu n
a) dla prądu magnetycznego Im = 2A
wyznaczam n
gdzie e = 1,6 * 10e-19 C
n2 = 61,1e20
n3 = 61,308e20
n4 = 61,602e20
n5 = 62,657e20
n6 = 64,194e20
n7 = 65,42e20
n8 = 67,454e20
b) dla prądu magnetycznego Im = 3A
gdzie e = 1,6 * 10e-19 C
n2 = 61,505e20
n3 = 61,653e20
n4 = 61,998e20
n5 = 63,282e20
n6 = 65,084e20
IX. Obliczanie błędu pomiaru stałej Halla R metodą różniczki zupełnej
wyrażenia d i B - const
a) dla prądu magnetycznego Im=2A d = 8e-6 m B = 0,48 T
R2 = 33,9e-6
R3 = 22,5e-6
R4 = 16,8e-6
R5 = 13,3e-6
R6 = 10,8e-6
R7 = 9,20e-6
R8 = 7,87e-6
b) dla prądu magnetycznego Im = 3 A d = 8e-6 m B = 0,68 T
R1 = 61,3e-6
R2 = 31,2e-6
R3 = 20,8e-6
R4 = 15,5e-6
R5 = 12,2e-6
R6 = 9,96e-6
X. Obliczamy błąd pomiaru koncentracji nośników prądu n metodą różniczki zupełnej
a) dla prądu magnetycznego Im = 2A
d n1 = 424e18
d n2 = 202e18
d n3 = 135e18
d n4 = 102e18
d n5 = 83e18
d n6 = 71e18
d n7 = 63e18
d n8 = 57e18
b) dla prądu magnetycznego Im = 3A
d n1 = 390e18
d n2 = 189e18
d n3 = 126e18
d n4 = 955e18
d n5 = 78,35e18
d n6 = 67,52e18