Misura del coefficiente di Hall per i metalli. Cognome Nome Data

Transcript

1 - Piano Nazionale Lauree Scientifiche Progetto IDIFO5 - Scuola Nazionale di Fisica Moderna per Insegnanti SNFMI Università di Udine, 8-12 settembre 2014 Misura del coefficiente di Hall per i metalli Cognome Nome Data Le misure vengono effettuate con due apparati sperimentali diversi. Il primo (che verrà utilizzato per le misure su un campione di rame) prevede una attività manuale più elaborata, con particolare attenzione per le procedure di messa a punto. Il secondo invece (utilizzato per le misure su un campione di germanio drogato n) si basa su un sistema di acquisizione online. Gli apparati di misura sono composti da una parte per la generazione e la misura del campo magnetico e da una seconda parte per la misura della tensione di Hall. E applicata una tensione ai capi del campione. Se l allineamento longitudinale del campione e` imperfetto, una parte di questa tensione si sovrappone alla ddp Hall. Per trovare il segno dei portatori e` necessario conoscere il verso della corrente lungo il campione e il verso del campo magnetico tra le espansioni polari. Per la corrente basta controllare la corrispondenza tra i teminali del generatore di corrente e quelli del campione. Per il campo magnetico usiamo una bussola (attenzione a non avvicinarsi troppo, altrimenti il magnete inverte la magnetizzazione della bussola). Useremo il segno cosi determinato assieme al valore assoluto del potenziale di Hall. ATTENZIONE Utilizzo del generatore di corrente Rischi potenziali Possibile folgorazione per contatto con parti in tensione elettrica Misure di sicurezza prima di accendere i generatori attendere che il docente verifichi il corretto montaggio del circuito, azzerare tutte le manopole ruotando in senso antiorario, dopo l accensione aumentare gradualmente la corrente fino ai valori indicati Non modificare il circuito a generatore acceso e non toccare fili o altri elementi in tensione. 1 di 5

2 M i s u r a d i c a m p i o n i m e t a l l i c i E D M F H A H B I I L C G Per la generazione e misura del campo magnetico sono necessari: A elettromagnete B alimentatore doppio 15 V 3 A C amperometro (fondo scale 10 A) D sonda ad induzione E integratore di corrente per la misura del campo B F voltmetro da utilizzare con l integratore (fondo scala 20 V - collegamento giallo / blu). Per la misura della tensione di Hall: G campione del materiale da studiare H 2 alimentatori da 5A per la polarizzazione del campione (totale 10A) I 2 diodi di potenza per il collegamento in parallelo degli alimentatori da 5A L amperometro per la misura della corrente di polarizzazione (fondo scala 10A) M amplificatore differenziale di d.d.p. (guadagno 1120) per la misura della tensione di Hall F voltmetro da usare con l amplificatore (fondo scala 200 mv - collegamento rosso / nero). 2 di 5

3 Operazioni preliminari. Eseguire i collegamenti come indicato nello schema precedente. Settare il voltmetro F sull integratore. Il campo magnetico si ottiene iniettando una corrente continua in una bobina. Effettuare la taratura del campo magnetico in funzione della corrente che circola nella bobina. Per misurare B si usa una sonda ad induzione collegata ad un circuito integratore di carica, per evitare l'utilizza di un galvanometro. Tale integratore è realizzato in modo da poter calcolare il campo magnetico con la semplice relazione B (Tesla) = 1/3 Vo (V A m -2 ) dove Vo è il valore della tensione (in Volt) letta all'uscita dell'integratore. Riportare i dati rilevati e rappresentare su grafico il campo magnetico in funzione della corrente di magnetizzazione. I mag ( A ) Vo ( V ) B ( T ) Inserire il grafico Excel 3 di 5

4 Misura del coefficiente di Hall in un campione di rame o di zinco. Montare e collegare il campione di rame o zinco di spessore s=30 μm. Settare il voltmetro F sul derivatore. Alimentare le bobine ed azzerare il differenziale agendo sull apposita manopola. Riportare i dati della tensione rilevati, in funzione della corrente iniettata nel campione. Effettuare le misure utilizzando almeno una decina di valori partendo da una corrente di 1 A fino alla corrente massima erogabile. E' da tener presente che la tensione di Hall viene letta attraverso un amplificatore operazionale di guadagno Riportare i dati rilevati e rappresentare su di un grafico la tensione di Hall in funzione della corrente iniettata nel campione. I iniettata ( A ) V voltmetro ( mv ) Tensione di Hall ( μv ) Inserire il grafico Excel. 4 di 5

5 La prova si è svolta con una corrente di magnetizzazione di A corrispondente ad un campo magnetico di circa Tesla. Dal fit del grafico si rileva la pendenza della retta μv/i dalla quale si ottiene per il coefficiente di Hall il valore: R H = V H s / (I B) = (V H / I) s /B = m 3 /C In letteratura si trova, per il rame R H = - 5, m 3 /C. Discutere l'eventuale differenza del risultato ottenuto da tale valore. Nel caso dello zinco discutere il segno dei portatori di carica. La concentrazione degli elettroni liberi n, in base al valore ottenuto per R H è: n = 1/( e R H ) = 1/ (1, ) = m -3 Confrontare questo risultato con il valore della previsione teorica (n 8, m -3 per il rame) e determinare il margine di errore entro il quale può essere confermata la previsione del modello di Drude. 5 di 5