Електрика та магнетизм, вивчення властивостей феромагнетиків

6. Обчислення середнього значення логарифмічного декременту згасання Q та похибки його визначення DQ здійснюється за методикою визначення випадкової похибки, використовуючи формули (II.1) - (II.3), де , , а Q обчислюється за формулою:

7. Робоча формула для визначення постійної згасання

(4.29)

На підставі (4.29) за методикою визначення похибки непрямого виміру отримаємо:

,

Розрахунок похибки та середнього проводиться для кожного значення R.

8. Робочі формули для розрахунку кутового коефіцієнта А залежно від коефіцієнта загасання від величини опору контуру R:

.

Обчислення А і DA здійснюється методом найменших квадратів за формулами (II.4) - (II.7), де , .

Питання для самоперевірки

Якими фізичними процесами можна описати електричні коливання, що у контурі?

Сформулюйте рівняння загасаючих та вимушених коливань у контурі.

Як визначити різницю фаз між струмом у контурі та зовнішньою е. д. с.?

Що таке векторна діаграма напруги та струмів? Який вид вона має при вимушених коливаннях у контурі RLC?

Визначте резонансні частоти струму та напруги на ємності при резонансі.

Сформулюйте поняття логарифмічного декременту згасання та добротності контуру. Як пов'язані ці величини між собою?

Перерахуйте послідовність обробки результатів експерименту та порядок виконання роботи.

Лабораторна робота 4

Мета роботи: вивчення ефекту Холла у напівпровіднику; дослідження залежності е. д. с. Холла від напруженості зовнішнього магнітного поля (градуювання датчика Холла); визначення постійної Холла, концентрації та рухливості носіїв заряду у напівпровіднику;дослідження розподілу магнітного поля по осі короткого соленоїда; порівняння з теоретичною залежністю.

Ефектом Холла називається явище виникнення поперечної різниці потенціалів у металі або напівпровіднику між точками на прямій, перпендикулярній вектору індукції магнітного поля та напрямку вектора щільності струму. Поперечна різниця потенціалів обумовлена ​​магнітною складовою сили Лоренца, що діє на заряд, що рухається зі швидкістю:

(6.1)

Розглянемо дію магнітного поля на напівпровідник яким тече струм. Нехай напівпровідник має форму паралелепіпеда перетином та довжиною a. Електричне поле направимо вздовж осі x, магнітне поле вздовж осі y.

При включенні електричного поля у напівпровіднику протікає струм із щільністю

(6.2)

де s – коефіцієнт електропровідності.

Під дією електричного поля носії заряду отримують швидкість спрямованого руху – дрейфову швидкість – проти поля для електронів (Рис.6.1 а) та по полю для дірок (Рис.6.1 б). При включенні магнітного поля на електрони та дірки діє сила , яка визначається виразом (6.1), перпендикулярна та . З рівняння руху носіїв заряду випливає, що за час t між двома співудареннями електрони та дірки набувають швидкості

(6.3)

З урахуванням (6.3), отримуємо для сили F вираз

, (6.4)

з якого випливає, що сила Лоренца не залежить від знака носіїв заряду і діє у напрямку перпендикулярному (6.4).

Внаслідок дії сили негативні заряди відхиляються до верхньої грані, але в нижній з'являється їх недолік - позитивний заряд (Рис.6.1 а). Аналогічно здійснюється перерозподіл позитивних набоїв (Рис.6.1 б). Протилежні грані зразка заряджаються таз'являється електричне поле. Це поле зветься поле Холла. Напрямок поля Холла залежить від знаку носіїв заряду. До накладання на зразок магнітного поля еквіпотенційні поверхні представляли площини перпендикулярні вектору . Величина зростатиме доти, доки поперечне поле не скомпенсує силу Лоренца (6.4). Після цього носії заряду будуть рухатися як би під дією одного поля , і траєкторія руху буде пряму лінію вздовж осі x. Сумарне електричне поле буде повернене на деякий кут j щодо осі x чи y.

Таким чином, в обмеженому напівпровіднику або металі повертається вектор електричного поля і між і виникає кут j, званий кутом Холла. Еквіпотенційні поверхні при цьому повернені на кут j щодо їхнього початкового положення, тому в точках, що лежать в одній площині, перпендикулярною з'являється різниця потенціалів, яка називається холлівською різницею потенціалів.

Хол експериментально визначив, що залежить від щільності струму, індукції магнітного поля та властивостей зразка. Властивості зразка визначаються деякою величиною R, яка називається коефіцієнтом Холла. Чотири величини , , R пов'язані емпіричним співвідношенням:

---