گزارش کار آزمایشگاه فیزیک2

آزمایش بررسی اثر هال در مس و تنگستن

تئوري:      

اگر يك صفحه فلزي يا نيمه­رسانا در داخل يك ميدان مغناطيسي قرار گير د و از داخل صفحه جرياني بگذرد، يك اختلاف پتانسيل در بين دو سطح عمود بر محور سوم در صفحه ايجاد      مي­شود. اين پديده، پديده هال خوانده  مي­شود.

گزارش کار آزمایشگاه فیزیک2

آزمایش بررسی اثر هال در مس و تنگستن

تئوري:      

اگر يك صفحه فلزي يا نيمه­رسانا در داخل يك ميدان مغناطيسي قرار گير د و از داخل صفحه جرياني بگذرد، يك اختلاف پتانسيل در بين دو سطح عمود بر محور سوم در صفحه ايجاد      مي­شود. اين پديده، پديده هال خوانده  مي­شود.

بار متحرك كه حامل جريان است، در اثر نيروي لورنتس وارده به آن به وسيله ميدان مغناطيسي، منحرف مي­شود. مقدار اين نيرو عبارت است از:

اگر رسانايي صفحه به صورت الكترونيكي باشد(به وسيله حركت الكترون­ها باشد)، الكترون­ها در جهت خلاف جهت جريان حركت مي­كنند و بنابراين با توجه به فرمول بالا، الكترون­ها به سمت صفحه A منحرف شده و در سطح آن بار منفي جمع مي­شود.

 اگر رسانايي صفحه به دليل حركت حفره­ها باشد،  حفره­ها در جهت موافق با جريان حركت مي­كنند بنابراين جهت بردار  در فرمول برعكس مي­شود، ولي با توجه به اينكه علامت بار نيز عوض شده، جهت نيروي لورنتس باز هم به سمت صفحه A خواهد بود. بنابراين در سطح صفحه A بار مثبت جمع مي­شود.

انحراف بارهاي داخل صفحه تا هنگامي كه ميدان الكتريكي توليد شده به وسيله آنها با نيروي لونتس برابر شود، ادامه مي­يابد. پس از آن بارها منحرف نخواهند شد.

شرط برقراري تعادل در فرمول زیر نشان داده شده است.

از علامت اختلاف پتانسيل هال مي­توان به نوع رسانش ماده پي برد. همچنين با داشتن اندازه اختلاف پتانسيل هال مي­توان تعداد حاملين بار را بدست آورد.

همان­طور كه گفته شد در حالت تعادل داريم: E=BV

بنابراين اختلاف پتانسيل ميان دو صفحه A و B برابر است با:

از طرف ديگر داريم:

 كه q بار الكتريكي هر حامل بار، n تعداد حاملين بار، A سطح مقطع (ab)، I جريان عبوري (عرضی) و V سرعت حاملين بار است.

پس از جايگزاري در فرمول داريم:

 ضريب هال ناميده مي­شود و علامت آن نماينده نوع رسانايي است (منفي براي رسانايي به وسيله الكترون­ها و مثبت براي رسانايي به وسيله حفره­ها). با داشتن اختلاف پتانسيل بين دو صفحه جريان، شدت ميدان مغناطيسي و ضخامت صفحه مي­توان R_H را محاسبه كرد.

شرح آزمايش:

آزمايش بررسي اثر هال براي دو صفحه مختلف از جنس­هاي مس و تنگستن انجام شد:

1)      آزمايش بررسي اثر هال در مورد صفحه تنگستن:

 ابتدا صفحه تنگستني در داخل دستگاه قرار داده شد و پس از روشن كردن دستگاه­هاي مولد جريان I_Q (جريان عرضی) و I_B (جريان توليدكننده ميدان مغناطيسي) و ريست كردن دستگاه ميكرو ولت متر، جريان عرضي برروي مقدار ثابت I_Q=5A قرار داده شد. سپس I_B از 0 با فواصل A5/0 تا 4A افزايش داده شد و مقادير U_H مربوطه در جدول 2 يادداشت شد.

در مرحله بعد I_B روي 4 آمپر قرار داده شد و I_Q از صفر تا 5 آمپر با فواصل 5/0 آمپر افزایش داده شد و مقادير U_H مربوطه به دست آمده، در جدول 3 يادداشت شد.

2)     آزمايش بررسي اثر هال در مورد صفحه مسي:

پس از گذشت 5 دقيقه از آزمايش اول، صفحه مسي در دستگاه قرار داده شد. در اين مورد برعكس حالت قبل I_B ثابت و I_Q متغيير در نظر گرفته شد، يعني در واقع ميدان مغناطيسي را ثابت در نظر گرفته و ميزان جريان عرضي متغيير است.

پس از ريست كردن دستگاه ميكروولتمتر برروي دقت  ^4-10 و سپس قرار دادن آن روي دقت^5-10، I_B به ميزان ثابت 3A رسانيده شد و I_Q از 0 تا A5 به فاصله A5/0 افزايش داده شد. مقادیر به دست آمده U_H در جدول 4 آورده شده­اند.

سپس I_B و  I_Q به ميزان 0 رسانيده شده و ميكروولتمتر دوباره ريست شد (روي دقت  ^-410) و پس از قرار دادن آن روي دقت  ^5-10، I_B به مقدار ثابت A4 رسانيده شده و دوباره I_Q از 0 تا A5 با فواصل A5/0 افزايش يافت. نتايج U_H به دست آمده در جدول 5 نشان داده شده است.

به دليل نوسان داشتن اعداد خوانده شد از روي ميكروولتمتر در دقت ^5-10، از ميانگين اين اعداد استفاده شد. براي به­دست آوردن شدت ميدان از روي I_B به دليل نبودن تسلامتر از جدول 1 استفاده شد.

جدول 1

IB  (A)	0	0.5	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4	4.5	5
B (T)	0	0.118	0.200	0.295	0.374	0.455	نظرات (0)

مطالب مرتبط با این پست :

می توانید دیدگاه خود را بنویسید

ارسال نظر خصوصی برای مدیریت ذخیره مشخصات