Экспериментальная установка .
Рис. 2.
Принципиальная схема установки приведена на рис.2. Электромагнит (ЭМ) с помещенной в его зазоре полупроводниковой пластинкой ПЛ размещен на отдельной панели, где закреплены клеммы 1 - 2, 3 - 4, 5 - 6, к которым подключены выводы обмотки электромагнита и две пары выводов от полупроводниковой пластинки. Там же размещены два сопротивления R1 и R2 для ограничения тока электромагнита и продольного тока через полупроводниковый образец. Цепь питания электромагнита подключается через переключатель П1 к клеммам 1 - 2. Она содержит источник постоянного тока Б1, ключ К1, миллиамперметр mА1 и реостат R3 для регулировки тока. Переключатель П1 служит для изменения направления тока в обмотке электромагнита, что дает возможность менять направление магнитного поля. Цепь для создания продольного тока подключается к клеммам 3 - 4. Продольный ток регулируется реостатом R4 и измеряется миллиамперметром mA2.
К клеммам 5 - 6 подключается цифровой вольтметр для измерения поперечной разности потенциалов Uх.
Измерения.
1. С помощью реостата R4 установить заданное преподавателем значение продольного тока через полупроводниковый образец I0.
2. С помощью реостата R3 установить заданное значение тока через электромагнит Iэм.
3. Записать показания цифрового вольтметра - U1.
4. Не меняя величины продольного тока I0, тока электромагнита -Iэм, изменить с помощью переключателя П2 на панели направление тока в электромагните на противоположное. Это приведет к изменению направления магнитного поля и к смене полярности напряжения Холла. Записать показания цифрового вольтметра - U2.
5. Напряжение Холла вычисляется как Uх = (U1+U2)/2, этот метод диктуется необходимостью исключить начальное напряжение между контактами М и N, возникающее при прохождении продольного тока из-за того, что эти контакты практически не находятся на одной эквипотенциальной поверхности.
6. Изменить величину продольного тока I0, и тока электромагнита Iэм (значения указываются преподавателем). Разность потенциалов U1 и U2 измерить для разных направлений тока через электромагнит.
7. Определить постоянную Холла и концентрацию носителей зарядов для германия с электронной проводимостью по формулам:
где толщина пластинки германия а = 0.20+0.02 мм.
8. Оценить ошибку измерения.
Студентам рекомендуется следующий порядок записи результатов работы:
1. Записать геометрические размеры образца и составить таблицу: порядковый номер измерения, ток через катушку Iэм и соответствующее значение магнитной индукции В из градуировочного графика.
2. Записать ток I0 через образец, оформить таблицу измерений в виде:
| № п\п | Iэм, мА | В, мТл | I0, мА | U1, мВ | U2, мВ | Ux, мВ | R, м3/Кл | n, м-3 |
Контpольные вопросы.
1. Записать формулу для силы Лоренца в векторной форме, объяснить, как определить направление ее действия.
2. В чем заключается эффект Холла?
3. Как объяснить эффект Холла?
4. Как, используя эффект Холла, можно определить тип носителей электрических зарядов в проводящем образце?
5. Как рассчитать подвижность носителей тока в образце, зная сопротивление образца?
Список рекомендуемой литературы
1. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3-х т. М.: Наука, 1989, Т. 2. 496 с.; Т. 3, 304 с.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высш. шк. 1989, 607 с.
3. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш. шк. 1985, 380 с.
4. Лабораторный практикум по физике: Учебное пособие для студентов ВТУЗов/ Алексеев Б.Ф., Барсуков К.А., Войцеховская И.А. и др.; Под ред. К.А. Барсукова и Ю.И. Уханова. М.: Высш. шк., 1988, 351с.
Оглавление
ЭЛЕМЕНТЫ ЗОННОЙ ТЕОРИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ……………………………3
I. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ….………….3
II. ЗОННАЯ ТЕОРИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ……………………………………..…4
III. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ……………………………12
IV. ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ….15
V. P – N ПЕРЕХОД…………………………………………….........................18
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ…………………….22
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6.6………………………………………………..23
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6.7………………………………………………..25
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6.8………………………………………………..32
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6.9……………………………………………......37
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6.10………………………………………………39
Список рекомендуемой литературы……………………………………………45
ФИЗИКА ТВЁРДОГО ТЕЛА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИКЕ
Составители:
ЖАРЁНОВА Светлана Викторовна
ПРОКОШЕВА Надежда Сергеевна
ШАМАНСКАЯ Елена Леонидовна
Ответственный за выпуск – зав. кафедрой профессор С.М. Аракелян