5.Последовательность выполнения работы.

1. Собрать цепь по схеме (рис 4.2), на которой R - магазин сопротивлений. При разомкнутом ключе К записать показания вольтметра. При условии, что R_v>r, где r - внутреннее сопротивление источника тока, можно считать, что вольтметр показывает напряжение, равное ЭДС источника. Записать его значение.

Рисунок 4. 2

2. Установить предварительно на магазине сопротивление R=0, Замкнуть ключ К. Этот режим "короткого замыкания". Он должен быть минимальным по длительности. Вольтметр при этом покажет U=0.

3. Изменяя сопротивление нагрузки от R=0, измерять и записывать в таблицу для каждого значения R напряжение U на нагрузке.

4. Сделать 12-14 таких измерений. Половина из них должна быть при значениях U<ε/2 и столько же при U>ε/2. Вблизи U=ε/2 сопротивление R следует измерять так, чтобы напряжение каждый раз изменялось на 0,04 - 0,08 В (1-2 деления шкалы вольтметра). Вдали от U=ε/2 при переходе от одного измерения к другому скачки напряжения можно делать равными 0,12-0,32 В (3-8 делений шкалы вольтметра).

5. Комбинируя пары значений R и U (одно при U< ε /2, другое при U> ε /2), вычислить внутреннее сопротивление источника по формуле:

(4. 0)

Из 5-6 расчетов по этой формуле найти среднее значение внутреннего сопротивления источника тока r_ср.

6. Для каждого значения U вычислить мощность Рн по формуле (4) и КПД по формуле (8). Все измеренные и вычисленные величины записать в таблицу 4.1.

Таблица 4. 1

№ измерения	U, В	R, Ом	Pн, Вт	η
1	5	21	1,2	0,24
2	4,6	19	1,3	0,23

7. По данным из таблицы построить графики зависимости P_н =f(U) и η=f(U). Оба графика следует строить на одних и тех же осях. Для чего на оси ординат следует сделать 2 шкалы, одну P_н , другую для η.

Лабораторная работа №3. Эффект холла

1.Цель работы: изучение явления Холла.

2.Приборы и принадлежности: датчик Холла, установка состоящая из катушки индуктивности, миллиамперметра, милливольтметра.

3.Теоретическое введение.

1. Общие сведения.

Эффектом Холла называется появление в провод­нике с током плотностью I, помещен­ном в магнитное поле напряженностью Н, электрического поля напряженностью Е_х, перпендикулярного Н и I. При этом на­пряженность электрического поля, называемого еще полем Холла, равна:

E_x = RHI sin , (5. 0)

где  угол между векторами Н и I(<180°).

Рисунок 5. 1

Когда HI, то величина поля Холла Е_х максимальна: E_x = 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 U_x :

U_x = Е_хb = RHId (5. 0)

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 = neυ_др, где n — концентрация чи­сла носителей, е — их заряд.

В магнитном поле на носители действу­ет сила Лоренца:

F = e[Hυ_дp],

под действием которой частицы отклоняются в направлении, перпендикулярном υ_др 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 урав­новешивает силу Лоренца. В условиях равновесия

eE_x = еНυ_др,

E_x = HI/ne,

отсюда R = 1/ne (cм^з/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).

Коэффициент Холла R мо­жет быть выражен через подвижность носителей заряда b = е/m* и удельную электропроводность  = I/E = еnυ_лр/Е:

R=b/ (5. 0)

Здесь m*— эффективная масса носи­телей,  — среднее время между двумя последовательными соударениями с рассеивающи­ми центрами.

Знак R указывает на преобладающий тип про­водимости.

Подвижностью носителей тока называется средняя скорость, приобретаемая носителями при напряженности электри­ческого поля, равной единице. Если в поле напряженности Е носи­тели приобретают скорость то их подвижность равна:

b= /E (5. 0)

Подвижность можно связать с проводимостью  и концентрацией носителей n. Для этого разделим соотношение I=ne на напряженность поля Е. Приняв во внимание, что отношение I к Е дает , а отношение к Е - подвижность, получим:

=neb (5. 0)

Измерив постоянную Холла R и проводимость , найти концентрацию и подвижность носи­ли тока в соответствующем образце.

Измерения постоянной Холла были произведены в очень широком интервале температур. Оказалось, что в металлах постоянная Холла не зависит от температуры, следовательно, и концентрация свободных электронов не зависит от температуры. Это означает, что тепловое движение не играет никакой роли в образовании свободных электронов в металлах.