6.Контрольные вопросы:

1. Как по графику P_н =f(U) определить внутреннее сопротивление источника тока?

2. Что такое ЭДС источника тока?

3. Какие режимы работы могут быть у источника тока? От чего зависит режим работы источника тока?

4. Выведите формулу (4.10)

Лабораторная работа №2. 0 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.