28. Опыт Толмена и Стюарта.

Эксперименты, проведенные американскими учеными Толменом и Стюартом показали возможность создания к ратковременного электрического тока в металлическом проводнике инерционными методами. В качестве проводника использовалась катушка индуктивности, которая раскручивалась вокруг своей оси и резко останавливалась. Катушка с помощью скользящих контактов была подключена к гальванометру, который регистрировал возникновение инерционной ЭДС. Фактически можно сказать, что в данном опыте роль сторонних сил, создающих ЭДС, играла сила инерции. Эту ЭДС нетрудно посчитать исходя из ее определения через сторонние силы  , действующие на заряды внутри проводника, подвергшегося торможению: где   — заряд электрона, а интегрирование проводится по всей длине тормозящегося провода (т.е. по всей катушке). Используя теперь выражение для силы инерции, мы получаем, что в ЭДС дает вклад только сила инерции, связанная с вращательным ускорением  , тогда имеем: где   — длина проводника,   — радиус катушки, а   — ее угловая скорость вращения.

По закону Ома теперь легко получается полный заряд, протекший через гальванометр (считаем, что сопротивление гальванометра гораздо меньше сопротивления самой катушки  ):

где   обозначает разность угловых скоростей катушки до и после торможения. Как видим, в зависимости от направления вращения катушки протекший заряд может иметь противоположные знаки, на основе чего в опыте Толмена–Стюарта и был определен знак заряда носителей тока в металле. Практически заряд, протекший в цепи, измеряют с помощью баллистического гальванометра, и это давало возможность определить отношение   для носителей заряда.

29. Эффект Холла.

На заряды, движением которых обусловливается ток, действует сила Ампера. Плотность силы Ампера может быть записана в виде где n, е — концентрация и заряд, движение которого обусловливает ток, vд — скорость дрейфа заряда. Возникновение разности потенциалов в провод­нике с током в магнитном поле называется эффектом Холла. Он был открыт в 1879 г. Индукция В поля и скорость vд зарядов взаимно перпендикулярны. Отношение плотности силы к заряду аналогично может рассматриваться как эффективная напряженность электрического поля, называемого полем Холла: Следовательно, между поверхностями проводника создается раз­ность потенциалов где — постоянная Холла. По знаку разности потенциалов можно определить знак заряда носителей, движение которых осуществляет ток, а по раз­ности потенциалов — их концентрацию. Исследование эффекта Холла в других случаях показало, что он не всегда обусловлен движением отрицательных зарядов. Когда знак раз­ности потенциалов в эффекте Холла соответствует движению поло­жительных зарядов, то эффект называется аномальным. Эффект Холла является одним из гальваномагнитных явлений. Под этим термином объединяются явления, возникающие в проводнике с током, находящимся в магнитном поле. Физическая сущность всех этих явлений состоит в том, что электропроводимость проводника во внешнем магнитном поле является не скаляром, а тензором. Напря­женность поперечного электрического поля, называемого холловским, складывается с напряженностью электрического поля, которое обуслов­ливает существование тока при отсутствии магнитного поля. В резуль­тате этого напряженность электрического поля образует с плотностью тока некоторый угол — угол Холла. Значит, направления плотности тока и напряженности электрического поля не совпадают. Эти вели­чины связаны тензорной формулой .