Завдання. 1. Визначити сталу Холла, знак та концентрацію вільних заряджених частинок в досліджуваному матеріалі зразка

1. Визначити сталу Холла, знак та концентрацію вільних заряджених частинок в досліджуваному матеріалі зразка, вважаючи, що струм утворюється рухом одного виду зарядів, та дослідити залежність опору матеріалу від концентрації вільних заряджених частинок в ньому.

2. Дослідити залежність сили, з якою діє магнітне поле на заряджені частинки, від величини індукції магнітного поля.

3. Дослідити залежність сили, з якою діє магнітне поле на заряджені частинки, від їх швидкості направленого руху (дрейфової швидкості).

3.2.1 Виконання експериментальних досліджень

3.2.1.1 Визначення сталої Холла та концентрації вільних носіїв заряду

1. Натискуючи кнопку «эл. магнит – Датчик Холла» ввімкнути індикацію струму в зразку (в датчику Холла) (загорається сигнальний індикатор «Датч. Холла»).

2. Натискуючи кнопку «направление» установити позитивний напрям струму в зразку (на лівому індикаторному табло перед цифрами немає знаку «-»).

3. Натискуючи кнопки «+» або «‑» установити значення струму в зразку, задане в таблиці 1 ().

4. Натискуючи кнопку «эл.магнит – датч.Холла» ввімкнути індикацію струму в електромагніті (загорається сигнальний індикатор «эл.магнит»).

5. Натискуючи кнопку «направление» установити позитивний напрям струму в електромагніті (на індикаторному табло перед цифрами немає знаку «‑»).

6. Натискуючи кнопки «+» або «‑» установити значення струму в електромагніті, задане в таблиці 1.

7. За показами правого індикаторного табло визначити знак та значення напруги Холла , та записати їх в таблицю 1.

Таблиця 1.

А	А	Тл	В

Примітка

1. Значення струму в зразку (датчику Холла) та в електромагніті задається викладачем: , .

2. Коефіцієнт пропорційності між струмом електромагніту і індукцією магнітного поля .

3. Розміри зразка (датчика Холла) для мал..1:

‑ довжина зразка;

‑ ширина зразка (відстань між точками вимірювання );

‑ товщина зразка.

3.2.1.2 Дослідження залежності від індукції магнітного поля

1. При заданому струмі в зразку, натискуючи кнопки «+» або «‑», установити струм в електромагніті, заданий в таблиці 2 (графа 1) та визначити знак і значення напруги Холла . Результат записати в таблицю 2.

2. Виконати пункт 1 при інших , заданих в таблиці 2.

Таблиця 2

	А	0,001	0,002	0,003	0,004	0,005	0,006	0,007	0,008
	В
	Тл	0,0024	0,0048	0,0072	0,0096	0,012	0,0144	0,0168	0,0192
	Н

Примітка: 1. Значення задаються викладачем (дивись таблицю 1).

2. Заряд вільних заряджених частинок в матеріалі дослідного зразка .

3.2.1.3 дослідження від швидкості направленого руху зарядів

1. Натискуючи кнопки «+» або «‑», установити позитивні значення струму в електромагніті, задане в таблиці 1.

2. Натискуючи кнопку «эл.магнит – датч.Холла» ввімкнути індикатор струму в зразку (датчику Холла) (загорається сигнальний індикатор «датч.Холла»).

3. Натискуючи кнопку «направление», установити позитивний напрям струму в зразку (на індикаторному табло поряд з цифрами немає знаку «‑»).

4. Кнопками «+» або «‑» установити значення струму в зразку, задані в таблиці 3 (графа 1), та визначити знак і значення напруги Холла . Результати записати в таблицю 3.

5. Виконати пункт 4 при інших значеннях , заданих в таблиці 3.

Таблиця 3

№
	А	0,0003	0,0006	0,0009	0,0012	0,0015	0,0018	0,0021	0,0024	0,0027	0,003
	В
	Н

Примітка. 1. Значення задаються викладачем (дивись таблицю 1).

2. Площа поперечного перерізу зразка .

Отримані результати показати викладачеві.

Після затвердження викладачем результатів експерименту, на лабораторному стенді вимкнути вимикач 1-SF1, вийняти вилку з розетки 1-XS1, та привести обладнання в початковий стан.

3.2.2 Виконання розрахунків та побудова графіків.

1 Використовуючи формули (10), (20), (21) розрахувати, враховуючи знаки, та записати в таблицю 1: магнітну індукцію , сталу Холла та концентрацію вільних заряджених частинок в дослідженому матеріалі зразка, вважаючи, що струм утворюється рухом одного виду зарядів.

2. Розрахувати для всіх вимірювань значення сили , з якою діє магнітне поле на вільні заряджені частинки в зразку. Отримані результати записати в таблицю 2. Побудувати графік залежності (Мал.3).

3. Розрахувати для всіх вимірювань значення швидкості (12) , направленого руху (дрейфової швидкості) вільних заряджених частинок в зразку та сили , з якою діє на них магнітне поле. Отримані результати записати в таблицю 3.

Побудувати графік залежності (Мал.4).

Мал. 3 – Залежність сили, з якою діє магнітне поле на рухомий заряд, від величини магнітної індукції .

Мал.4 – Залежність сили, з якою діє магнітне поле на рухомий заряд, від швидкості його направленого руху .

3.2.3 Аналіз результатів досліджень та висновки

1. Аналізуючи отримані значення сталої Холла, зробити висновок про знак заряду та вид основних його носіїв в досліджуваному зразку.

Порівнюючи концентрацію вільних носіїв заряду в досліджуваному зразку та його опір з концентрацією таких зарядів та опором міді, зробити висновок про вплив концентрації зарядів на опір матеріалу. Концентрація вільних електронів у міді , а опір аналогічного за розмірами мідного зразка .

2. Аналізуючи графік залежності (мал..3) зробити висновки:

‑ про вид залежності сили , з якою діє магнітне поле на заряджену частину від величини індукції магнітного поля .

‑ про дієвість теоретичної формули (17) .

3. Аналізуючи графік залежності (мал.4) зробити висновки:

‑ про вид залежності сили , з якою діє магнітне поле на заряджену частину від її швидкості .

‑ про дієвість теоретичної формули (17) .

Так як струму в провіднику (13), то зробити висновок про дієвість закону Ампера (7), (8).

4. Контрольні запитання та завдання

4.1 Контрольні запитання

1. Назвіть та дайте визначення основних понять та величин, які характеризують електричні та магнітні явища.

2. Назвіть та дайте визначення основних законів електромагнетизму.

3. Назвіть основні положення та закономірності класичної електронної теорії провідності металів.

4. Назвіть, запишіть та поясніть з точки зору класичної теорії, електричні та магнітні явища і закономірності, як мають місце в провідниках зі струмом.

5. Поясніть ефект Холла.

6. Приведіть приклади прояву та використання електромагнітних явищ в морській справі.

4.2 Контрольні завдання

1. Уміти пояснити будь-які дії виконані при проведенні експерименту, розрахунках, побудові графіків, аналізі отриманих результатів, формулюванні висновків та використані закономірності.

2. квадратна рамка з стороною 0,1м розміщена в одній площині з нескінченно довгим прямим провідником дак, що дві її сторони паралельні провіднику. По рамці і провіднику течуть онакові струми силою 10А. Визначити: силу з якою магнітне поле довгого провідника зі струмом діятиме на кожну сторону рамки.

3. Квадратна рамка з стороною 0,2м розміщена в однорідному магнітному полі. Площина рамки перпендикулярна до індукції магнітного поля. Визначити сили, які будуть діяти на сторони рамки, якщо струм в ній , а індукція магнітного поля

4. Електрон влітає в однорідне магнітне поле. Швидкість електрона перпендикулярна до індукції магнітного поля. Визначити величину і напрям прискорення електрона в магнітному полі та його траєкторію. Заряд електрона , його маса , індукція магнітного поля .

5. Провідник прямокутного перерізу , товщиною знаходиться в магнітному полі з індукцією . Провідник розміщений так, що вектор індукції магнітного поля співпадає з товщиною провідника. При струмі в провіднику на його тонших гранях виникає напруга . Визначити коефіцієнт Холла та концентрацію вільних електронів в провіднику.

6. Магнітогідродиамічний генератор має робочу трубу прямокутного перерізу , розміщену так, що індукція магнітного поля генератора перпендикулярна до більшої грані труби. Визначити напругу генератора, якщо індукція його магнітного поля , швидкість руху іонів газу крізь трубу , а їх концентрація .

Література

1. Воловик П.М. Фізика: Підручник для університетів. – К.: Ірпінь: Перун, 2005. – 864с. – с.411 – 419, 451 – 478.

2. Кучерук І.М. і ін. Загальний курс фізики: Т.1: Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Техніка, 1999. – 536 с. – с.135 – 145, 262 – 302.

3. Зачек І.Р. і ін. Курс фізики. – Львів: Бескид Біт, 2002. – 376с. – с.127 – 131, 144 – 157.