5. Обработка и представление результатов
1. По результатам табл. 2 построить график ВАХ образца и(i) и по нему определить сопротивление r образца.
2. По формуле (5) найти удельную проводимость λ материала образца.
3. По закону Джоуля-Ленца вычислить мощность Р, рассеиваемую в образце при токе i=10 мА и соответствующую плотность тепловой мощности р [мВт/мм3].
4. По результатам табл. 3 построить график UН(В), выражающий линейность ЭДС Холла по магнитному полю.
5. По результатам табл. 4 построить график UН(i), выражающий линейность ЭДС Холла по току.
6. Выбрав какую-либо точку на графике UН(В) или UН(i), по формуле (4) легко определить концентрацию п свободных носителей заряда в образце (заряд носителя е=1,6·10−19 Кл). Очевидно. что если на графиках UН(В) и UН(i) взять последние точки (i=10 мА, iк=1 А), то значение UН на них должно быть одним и тем же. Однако из-за некоторого нагрева образца в процессе измерений эти значения могут и отличаться: в первом опыте образец был, скорее всего, похолоднее, а во втором потеплее, так как весь цикл измерений по п. 6 разд. 4.3 проходил при максимальном токе iк=1 А.
Вычислить концентрации п1 и п2 в обоих случаях. Усреднять здесь не следует, так как это не ошибка измерений, а концентрации при разных температурах. Температурное поведение различных электрических параметров полупроводников в данной работе не исследуется.
7.
Зная λ и п,
по формуле (2) вычислить подвижность μ
свободных носителей в данном полупроводнике.
Сравнить её с подвижностью свободных
носителей в меди, для которой пCu=1029
м−3,
λCu=6·107
(Ом·м)−1.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Назвать порядки величин удельной проводимости λ и концентрации п свободных носителей у металлов и полупроводников.
2. Перечислить качественные отличия в проводимости металов и полупроводников.
3. Что такое подвижность свободных носителей?
4. В чём заключается эффект Холла? Как он объясняется?
5. Как с помощью эффекта Холла определяется знак свободных носителей заряда?
6. Почему эффект Холла плохо проявляется в металлах?
7. Изобразить качественную зависимость от температуры сопротивлений металла и полупроводника.
8. Оценить дрейфовые скорости υ свободных зарядов в меди и в германии при одинаковой плотности тока j=10 мА/мм2.
9. Из каких соображений выбирается рабочий ток в образце полупроводника?
10. Почему коммутацию поля В в катушках опасно проводить при большом токе?
11. Вычислить концентрацию п свободных электронов в меди. полагая, что на каждый атом меди приходится один свободный электрон. Плотность меди ρ=8900 кг/м3, молярная масса М=64 г/моль.
ЛИТЕРАТУРА
1. Калашников С. Г. Электричество. – М.: Наука, 1977. – §§ 150, 151.
2. Савельев И. В. Курс общей физики, т.2.– М.: Наука, 1982. – §§ 79.
Работа № Ф320
Определение ампера
Цель работы – определение единицы тока (ампера) на основе исследования магнитного взаимодействия двух параллельных контуров с токами.
1. Теоретические сведения
1.1 Определение магнитного поля
Если в некоторой области пространства на точечный заряд q, движущийся со скоростью υ в выбранной системе отсчета, действует сила F, пропорциональная скорости и перпендикулярная ей, то говорят, что в этой области и в этой системе отсчета есть магнитное поле В, величина и направление которого определяется формулой Лоренца
F=q(υ×B). (1)
Существенно, что это определение имеет смысл только по отношению к конкретной системе отсчета, так как в другой системе, движущейся относительно выбранной, магнитное поле в той же точке пространства будет уже другим и, в частности, может вовсе отсутствовать.
Итак, магнитное поле действует только на движущиеся в данной системе заряды, тогда как электрическое поле – на любые.