Badanie zjawiska Halla

Informacje do doświadczenia

• Numer stanowiska w pracowni: 224 (sala 217A).
• Doświadczenie wykonać na podstawie opisu zawartego w skrypcie [2]. Zmiana przebiegu ćwiczenia w pkt. 2 i 4:
  Dla halotronu nr 1, o znanej czułości γ₁, ustawić stałą wartość prądu I_H1 w zakresie 60-70 mA.
  Dla badanego halotronu nr 2 ustawić stałą wartość prądu I_H2 w zakresie 20-25 mA.
• Film instruktażowy jest dostępny na stronie (www).
• Podczas doświadczenia będą wykorzystywane dwa hallotrony. Oba są wykonane z półprzewodnika - antymonku indu (InSb). Hallotron wzorcowy (nr 1) został domieszkowany cyną (Sn), zaś drugi (badany, nr 2) nie jest domieszkowany. Oba hallotrony zostały umieszczone pomiędzy płytkami z pleksi między nabiegunnikami elektromagnesu.
• Hallotron wzorcowy nr 1 ma czułość γ₁ = (0,35 ± 0,01) V/AT.
• Hallotron badany nr 2: szerokość a = (3,00 ± 0,05) mm, grubość b = (2,0 ± 0,2) μm, długość c = (1,00 ± 0,05) mm, opór R = (100 ± 2) Ω.

Przebieg doświadczenia

1. Sprawdzić czy wszystkie połączenia w układzie pomiarowym są poprawne.
2. Dla hallotronu o znanej czułości (nr 1) ustawić stałą wartość prądu I_H1 w zakresie 60-70 mA.
3. Zmieniać natężenie prądu przepływającego przez elektromagnes I_el w zakresie od 0 do 5 A, co 0,25 A. Dla każdej wartości natężenia dokonać pomiaru napięcia Halla U_H1. Pomiary powtórzyć dla przeciwnego zwrotu pola magnetycznego.
4. Dla badanego hallotronu (oznaczonego jako nr 2) nastawić stałą wartość prądu I_H2 w przedziale 20-25 mA.
5. Dla badanego hallotronu powtórzyć analogicznie czynności pomiarowe dla tych samych wartości natężenia prądu elektromagnesu.
6. Zmieniając prąd sterujący I_H2 w przedziale 0-15 mA zmierzyć napięcie Hala U_H2 przy zachowaniu stałej wartości prądu elektromagnesu z zakresu 1,5-2,5 A.

Opracowanie wyników

1. Za ostateczną wartość napięcia Halla U_H1 przyjąć średnią arytmetyczną z dwóch bezwzględnych wartości otrzymanych dla danej wartości I_el i dwóch zwrotów pola magnetycznego.
2. Wykorzystując wyniki uzyskane dla hallotronu wzorcowego wyznaczyć wartość indukcji magnetycznej B dla każdego prądu płynącego przez elektromagnes.
3. Wykreślić zależność indukcji magnetycznej B od prądu płynącego przez elektromagnes I_el.
4. Dla drugiego hallotronu wykreślić wykres zależności napięcia Halla U_H2 od wartości indukcji magnetycznej B.
5. Wyznaczyć współczynnik nachylenia prostej i jego niepewność.
6. Obliczyć czułość hallotronu nr 2 (γ₂). Znaleźć niepewność tej wielkości.
7. Uwzględniając grubość b hallotronu, obliczyć stałą Halla R_H2 oraz koncentrację nośników. Oblczyć niepewności tych wielkości.
8. Wyznaczyć ruchliwość nośników prądu. Określić niepewność ruchliwości.
9. Przedstawić ostateczne wyniki doświadczenia (odpowiednio zaokrąglone).
10. Wykreślić zależność U_H2 = ƒ(I_H2). Przeanalizować ten wykres.
11. Zapisać wnioski.