Читать онлайн «Рабочая тетрадь для лабораторных работ по физике. Ч. 2: Электричество и магнетизм. Оптика и квантовая физика»

ФГБОУ ВПО Орловский государственный аграрный университет Кафедра физики Рабочая тетрадь для лабораторных работ по физике студента группы _______________ ______________________________ Ф. И. Преподаватель _________________ ______________________________ Часть 2. Электричество и магнетизм. Оптика и квантовая физика. Лабораторная работа №1 ЭФФЕКТ ХОЛЛА Цель работы: изучение явления Холла. Приборы и принадлежности: датчик Холла, установка состоящая из катушки индуктивности, миллиамперметра, милливольтметра. Эффектом Холла называется появление в проводнике с током плотностью I, помещенном в магнитное поле напряженностью Н, электрического поля напряженностью Ех, перпендикулярного Н и I. При этом напряженность электрического поля, называемого еще полем Холла, равна: Ex = RHI sin  , где  угол между векторами Н и I( <180°). Когда HI, то величина поля Холла Ех максимальна: Ex = RHI. Величина R, называемая коэффициентом Холла, является основной характеристикой эффекта Холла. Эффект открыт Эдвином Гербертом Холлом в 1879г в тонких пластинках золота. Для наблюдения эффекта Холла вдоль прямоугольных пластин из исследуемых веществ, длина которых l значительно больше ширины а и толщины d, пропускается ток: I = Iаd Магнитное поле перпендикулярно плоскости пластинки. На середине боковых граней, перпендикулярно току, расположены электроды, между которыми измеряется ЭДС Холла Ux : Ux = Ех b = RHI d Так как ЭДС Холла меняет знак на обратный при изменении направления магнитного поля на обратное, то эффект Холла относится к нечетным гальваномагнитным явлениям. Простейшая теория эффекта Холла объясняет появление ЭДС Холла взаимодействием носителей тока (электронов проводимости и дырок) с магнитным полем. Под действием электрического поля носители заряда приобретают направленное движение (дрейф), средняя скорость которого (дрейфовая скорость) υ др 0. Плотность тока в проводнике I = neυдр , где n — концентрация числа носителей, е — их заряд. В магнитном поле на носители действует сила Лоренца: F = e[Hυдp], под действием которой частицы отклоняются в направлении, перпендикулярном υдр и Н. В результате на обеих гранях проводника конечных размеров происходит накопление заряда и возникает электростатическое поле — поле Холла. В свою очередь поле Холла действует на заряды и урав новешивает силу Лоренца. В условиях равновесия eEx = еНυдр , Ex = HI/ne, з отсюда R = 1/ne (cм /кулон). Знак R совпадает со знаком носителей тока. Для металлов, у которых концентрация носителей (электронов проводимости) близка к плотности атомов (n1022См-3 ), R~10-3 (см3 /кулон), у полупроводников концентрация носителей значительно меньше и R~105 (см3 /кулон). 2 Подвижностью носителей тока называется средняя скорость, приобретаемая носителями при напряженности электрического поля, равной единице.