Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей технической физики

ОТЧЕТ

по лабораторной работе

«Гальваномагнитные явления в твердых телах»

Выполнил:

Романенков В.И.

Проверил:

Кузьмин Ю.И.

Санкт-Петербург 2018 год



Цель работы

Изучение гальваномагнитных явлений - эффекта Холла и возникновения магнитосопротивления, исследование зависимости подвижности носителей заряда от температуры.

Краткое теоретическое содержание

1.Явление, изучаемое в работе

Эффект Холла, магниторезистивный эффект

2.Определения основных физических понятий, процессов и величин

Эффект Холла - это явление возникновения разности потенциалов на краях металлической пластины под действием магнитного поля при пропускании через неё электрического тока.

Магниторезистивный эффект (магнетосопротивление) - это изменение электрического сопротивления твердого проводника под действием магнитного поля.

Сила Лоренца - векторная физическая величина, соответствующая силе, действующей на движущийся точечный заряд во внешнем магнитном поле.

Плотность энергетических состояний - скалярная физическая величина, равная количеству состояний в единице объема, которые может занять электрон.

Дрейфовая скорость -- векторная физическая величина, равная средней скорости упорядоченного движения, вызванной воздействием на электроны с помощью внешнего поля.

Время свободного пробега -скалярная физическая величина, соответствующая времени, которое частица движется между двумя соударениями.

Энергия активации примесей -скалярная физическая величина, равная энергии, необходимой для отрыва электрона от атома и возникновения способности свободно перемещаться по всему образцу.

Законы и соотношения

1)Сила Лоренца. магнитный поле заряд температура

.

2)Сила, действующая на заряд в проводнике

,

3)Постоянная Холла

,

4)Дрейфовая скорость

,

Основные расчетные формулы

1)Постоянная Холла

, м/Кл,

2)Коэффициент в зависимости

,

3)Концентрация примесей



, 1/м,

4)Сопротивление образца при отсутствии магнитного поля

,м,

5)Удельная проводимость образца при отсутствии магнитного поля

, 1/(Ом*м)

6)Холловская подвижность

, м^2/(В*с)

7)Проводимость

,

8)Сопротивление образца при присутствии магнитного поля

,Ом

9Ширина запрещенной зоны образца

,

Формулы погрешностей косвенных измерений



,

Абсолютная погрешность концентрации примесей

,

Абсолютная погрешность сопротивления образца без магнитного поля

,

Абсолютная погрешность удельной проводимости образца при отсутствии магнитного поля

,

8)Относительная погрешность Холловской подвижности

,

10)Относительная погрешность сопротивления образца в магнитном поле

,

Схема установки

Рис.1 Экспериментальная установка

1-модуль для изучения эффекта Холла, 2 - Ge- полупроводник p - типа, закрепленный на несущей панели, 3 - 2 катушки на 600 витков с железным U - образным пластинчатым сердечником, 4 - два полюсных наконечника, 5 - датчик Холла, тангенциальный, с защитным колпачком, 6 - источник питания, 7 - треножник, 8 - штатив прямоугольный, 9 - соединительные шнуры, 500мм, 10 - тесламетр, 11 - цифровой мультиметр

Таблица 1 .Зависимость напряжения Холла от тока через образец

№ п/п
	мА	мВ
1	-20	-16
2	-15	-12
3	-10	-70
4	-5	-5
5	0	0
6	5	30
7	10	60
8	15	100
9	20	13

Таблица 2.Зависимость напряжения Холла от величины Магнитного поля

№ п/п	B
	мТл	мВ
1	-250	-14
2	-200	-11
3	-150	-8
4	-100	-5
5	-50	-3
6	0	0
7	50	2
8	100	5
9	150	8
10	200	11
11	250	13

Таблица 3.Зависимость напряжения Холла от температуры

t	T
0C	K	мВ	м2/(Вс)
80	353	12	0,104
70	343	13	0,113
60	333	13	0,113
50	323	13	0,113
40	313	14	0,122
30	303	14	0,122
25	298	15	0,13

Таблица 4.Зависимость напряжения на образце от величины магнитного поля B

B
мТл	В	мОм	БР
0	0,473	23,65	0,0283
20	0,472	23,6	0,026
40	0,472	23,6	0,026
60	0,472	23,6	0,026
80	0,472	23,6	0,026
100	0,472	23,6	0,026
120	0,471	23,55	0,0239
140	0,471	23,55	0,0239
160	0,471	23,55	0,0239
180	0,471	23,55	0,0239
200	0,47	23,5	0,0217
220	0,471	23,55	0,0239
240	0,472	23,6	0,026
250	0,472	23,6	0,026

Таблица 5. Зависимость напряжения на образце от температуры

t	T	1/T			lnу
0C	K	K-1	В
80	353	0,0028	0,562	71,2	4,3
70	343	0,0029	0,559	71,56	4,27
60	333	0,003	0,544	73,5	4,29
50	323	0,003	0,524	76,3	4,33
40	313	0,003	0,502	79,7	4,38
30	303	0,0033	0,481	83,2	4,42
20	293	0,0034	0,47	85,1	4,44

Погрешности прямых измерений

температуры силы тока напряжения магнитной индукции

Примеры вычислений

А) Исходные данные: d=1 мм; l=0,01 м; x = 0,02 м

Б)Таблица 1

,

в зависимости

Постоянная Холла



,

Концентрация примесей в образце

Холловская подвижность (при B = 250 мТл и )

,

,

,

Удельная проводимость образца при отсутствии магнитного поля

,

Таблица 5

,

Расчет погрешностей косвенных измерений:

При постоянном значении силы тока:

,

При постоянном значении индукции:



,

,

Графический материал

График зависимости напряжения Холла от тока через образец

График зависимости напряжения Холла от значения индукции



График зависимости Холловского напряжения от температуры

Сопротивление образца в отсутствии магнитного поля: R0=Uобр(0)/I.

,

Удельная проводимость образца в отсутствии магнитного поля: у0=?/(R0S)

,

Коэффициент магнитосопротивления:

Вывод: в результате проделанных опытов были получены следующие результаты постоянной Холла:(при постоянном значении силы тока) и(при постоянном значении индукции). На основании графиков зависимости напряжения Холла от индукции и силы тока можно сделать вывод о том, что величина напряжения Холла прямо пропорциональна соответствующим величинам.

Размещено на Allbest.ru