Завдання

1. Зібрати схему приладу згідно рис.10.5

2. Повернути підставку тангенс-гальванометру, та встановить його витки по магнітному меридіану.

3. Увімкнути струм та, регулюючи реостатом його силу струму І, добитися відхилення стрілки на β=45⁰ відносно положення, яке було спочатку. Записати значення струму І.

4. Змінити напрямок струму у витках та повторити п.3, записати значення сили струму І, яке викликає відхилення стрілки.

5. Знайти середнє значення сили струму І_ср..

6. Виконати вимірювання не менше трьох раз, занести дані у таблицю:

Номер Вимірів	І		Ісер.	r,(см)	Н0	n,(шт)	
1		450		7,5		35
2
3

7. Знайти Н₀ за формулою 10.3.

8.Обчислити відносну помилку вимірювань, використовуючи формулу:

.

Контрольні питання.

1. Що таке магнітне поле та яке його графічне зображення?

2. Описати магнітне поле Землі та привести його характеристики.

3. Як встановлюється намагнічена стрілка В у магнітному полі ?

4. В чому є суть закону Біо-Савара?

5. Які одиниці сили струму та напруженості магнітного поля в Сі та СГСМ?

6. Розповісти про конструкцію та принцип роботи тангенс-гальванометра. В чому фізичний зміст сталої гальванометру.

7. Яким чином в цій лабораторній роботі підраховується величина ?

Література.

1. Калашников С.Г. Электричество. -М. :Наука, 1977, 8.

2. Элементарный учебник физики ТII M.:ШРАЙК,1995

Лабораторна робота №11. Ефект холла у напівпровідниках.

ПРИЛАДИ: універсальне джерело живлення; цифровий вольтметр; соленоїд; датчик Холла.

1. Енергетичні зони.

Провідність більшої кількості твердих тіл пов’язана з рухом електронів. Електрони входять у склад атомів всіх тіл, але деякі з тіл не проводять електричний струм (діелектрики), а інші є добрими його провідниками. Причина відмінності полягає в особливостях енергетичного стану електронів на зовнішніх електронних оболонках атомів у цих речовинах.

При з’єднанні N атомів у тверде тіло (у кристал) характер руху зовнішніх електронів суттєво змінюється. Ці електрони втрачають зв’язок зі “своїм” атомом та належать кристалу в цілому. Кожному рівню енергії електронів ізольованого атому відповідає у кристалі група N близьких по енергії рівнів, що об’єднуються в зону. Ця кількість в реальних кристалах, де атомів  10²² см^-3, дуже велика, а ширина зони не перевищує декілька електронвольт. Таким чином різниця в енергії між найближчими рівнями надто мала. Деякі рівні енергії електронів зливаються так, що відрізнити окремі рівні неможливо. Але кількість рівнів, які з’єдналися у зону, при злитті не змінюється. Вона визначає найбільшу кількість електронів, яка може “знаходитися у зоні (згідно з принципом Паулі, кожний електрон займає свій власний енергетичний рівень. Враховуючи, що спін електрона може бути - або + , на кожному енергетичному рівні може розміститись 2 електрони з протилежними спінами.

Допустимі зони діляться забороненими зонами  областями, в яках нема дозволених енергетичних рівнів (рис.11.1). Це означає, що узагальнені електрони у кристалі можуть мати не будь-яку енергію, а лише енергію, яка відповідає одній із допустимих зон. Перейти з зони в зону “нагору” електрон може лише поглинувши квант енергії, рівний ширині забороненої зони. Навпаки перехід “вниз” можливий лише після випромінення кванту енергії.

Переходи типу “зона” – “зона” найчастіше не означають, що електрон переміщується в просторі кристалу. Має місце збудження електрону, коли він поглинаючи квант енергії переходить “нагору”, або релаксація, коли він випромінює квант енергії і переходить “вниз”. Зазначені переходи можливі лише тоді, коли “вгорі” або “внизу” є вільні , не заповнені електронами енергетичні рівні. Коли всі рівні зайняті переходи заборонені принципом Паулі.

Найвища по значенню енергій електронних рівнів з дозволених зон, рівні якої вільні від електронів називається «вільною зоною», або «зоною провідності».

Найвища із заповнених зон називається «валентною зоною». Над нею за забороненою зоною знаходиться зона провідності. При збудженні атому (поглинанні енергії) один із валентних електронів може набути енергії, що перевищує ширину забороненої зони, і «перейти» в зону провідності.

Просторово це означає, що електрон із зв’язаного стану (знаходився на валентній оболонці в атомі) переходить у вільний стан і набуває здатності вільно рухатись по кристалу. Цей рух не є орбітальним, як у атомі, а поступальним. При цьому напрямок руху хаотично змінюється. Звісно, що у кристалі кожному рівню, який відповідає руху електрона у один бік, відповідає рівень, який має ту ж саму енергію та який відповідає руху електрона з тим же імпульсом у протилежному напрямку.

Рис.11.1. Формування енергетичних рівнів.

Таким чином, у відсутності зовнішніх електричних полів електричний струм рівний нулю. Положення змінюється у присутності поля. Під дією електричного поля стан руху в один бік  по полю  стає енергетично більш вигідним, ніж рух в інший бік.

Необхідно розрізняти три випадки.

Діелектрики. Якщо валентна зона до кінця заповнена електронами, а зона провідності зовсім пуста, то зовнішнє електричне поле не може змінити рух електронів. В вільній зоні електрони не рухаються, оскільки електронів з такими енергіями не має. В повністю заповненій зоні рух відсутній, бо рух супроводжується зміною енергії, тобто переходом електрону на інший енергетичний рівень. Однак вільних рівнів немає. Речовина з таким заповненням зон називається діелектриком.

Провідники. Положення змінюється, якщо у кристалі є зона, частково заповнена електронами, зона провідності. У цьому випадку зовнішнє електричне поле може змінити розподіл електронів по рівням енергії та створити упорядкований рух електричних зарядів. Частково заповнена зона є у всіх твердих провідниках електричного струму; також вона є у всіх металах.

Напівпровідники відрізняються від діелектриків тим, що в них ширина забороненої зони, розташованої над валентною, не на багато більша теплової енергії. Тепловий рух перекидає частину електронів з валентної зони у вільну  зону провідності. При цьому у вільній зоні з’являються електрони, а в заповненій зоні  вільні місця, “дірки”. У цьому випадку електрони обох зон приймають участь у переносі заряду. Кількість носіїв струму у напівпровідниках значно залежить від температури, експоненціально збільшуючись з її підвищенням. При низьких температурах  поблизу абсолютного нуля  напівпровідники мають властивості діелектриків.