LEYBOLD DIDACTIC GMBH Mode d`emploi 586 81/84
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1. Physique Chimie Biologie Technique 11 94 Sf Ces appareils servent mettre en vidence la tension de Hall Uy sur une bande d argent ou de tungst ne parcourue par un courant d intensit et se trouvant dans un champ magn tique d intensit de champ B perpendiculaire au sens du courant Si vous travaillez avec l appareil pour l tude de l effet Hall argent 586 81 l tude quantitative des fonctions Un f h et Un f B via les proportionnalit s Un let Un B fournit le r sultat suivant Un const B On confirme ainsi la formule d riv e de la th orie pour la tension de Hall sur un conducteur en forme de bande paisseur d d un mat riau de concentration n en porteurs de charge 1 1 C OB 1 e d le facteur fonction de la nature du mat riau est appel constante de Hall Rh Toutes les variables de l quation 1 sont des grandeurs me surables sauf n si bien que l effet Hall permet la d termination exp rimentale de la concentration en porteurs de charge Le sens de la tension de Hall permet de supposer qu il s agit de porteurs de charge n gatifs dans le cas de l argent Ce r sultat coincide avec les repr sentations mod les du gaz lectronique libre qui laissent supposer que les lectrons de valence c d les lectrons les plus mobiles se d placent librement dans le m tal Dans le cas de l argent il s agira par ex d 1 lectron de valence par atome2. Les limites de ce mod le sont donn es par ledit effet Hall anomal du tungst ne Les essais r alis s dans les m mes conditions avec l appareil pour l tude de l effet Hall argent 586 81 et l appareil pour l tude de l effet Hall tungst ne 586 84 donnent le r sultat suivant la tension de Hall du tungst ne a un ordre de grandeur identique celui de l argent mais de sens oppos Le mod le de bandes en fournit explication L absence d nergie constat e proximit du bord sup rieur de la bande pleine d nergie par ailleurs est attri bu e des lectrons en d faut ou trous Ainsi que d montr en th orie ces trous se comporteront comme des charges posi tives par rapport aux champs lectriques ou magn tiques Bibliographie Exp riences de physique Volume compl mentaire 599 893 La charge l mentaire e peut par ex tre d termin e avec l appareil de Millikan 559 41 42 dans la mesure ou il ne s agit pas d une constante naturelle LEYBOLD LEYBOLD DIDACTIC GMBH Mode d emploi 586 81 84 Instrucciones de servicio Appareil pour l tude de leffet Hall argent Appareil pour l tude de leffet Hall tungst ne Aparato para el Efecto Hall plata Aparato para el Efecto Hall tungsteno Estos aparatos sirven para la demostraci n de la tensi n Hall Uh en una cinta de plata o de tungsteno wolframio atravesada por una corriente que se encuentra en un campo
3. la bande d argent ou de tungst ne soit aussi troit que possible Important D magn tiser le fer de l lectro aimant avant de relever la courbe ly B ainsi qu avant toute d termination de B partir de cette courbe laisser passer temporairement un courant alternatif d environ 5 A travers les bobines celui ci tant r gl en continu sur 0 Relever la courbe de calibrage B f Im sans appareil pour l tude de l effet Hall avec un cartement des pi ces polaires cor respondant exactement celui d fini par l paisseur de la pla que support pour les exp riences sur l effet Hall Ainsi que sp cifi dans le mode d emploi mettre en service le dispositif de mesure dans un premier temps non c bl sensible la tension pour la tension de Hall Uy par ex microvoltm tre 532 13 puis r initialiser l affichage avec Reset Avant que l appareil pour l tude de l effet Hall soit soumis au champ magn tique proc der au r glage du z ro appliquer le courant transversal de par ex 10 A et l aide du bouton de r glage amener sur z ro l affichage de l instrument de me sure de la tension de Hall si l affichage change apr s la mise hors service recommencer appliquer le courant transversal et proc der un nouveau r glage du z ro Pour la d monstration de l effet Hall normal et anomal mise en vidence de l ordre de grandeur et du sens de la tension de Hall r aliser les exp rience
4. m s de 15 A para una intensidad de corriente magn tica de m s de 5 A calentamiento de los cables de experimentaci n o sobrecarga de las bobi nas dise adas para una corriente m x de 5A En el circuito de corriente transversal emplear un cable apropiado para corrientes de 20 A p ej cable de expe rimentaci n 501 20 y siguientes o cable de experimenta ci n de seguridad 500 610 Durante la medici n de la tensi n Hall proteger el arreglo experimental contra corrientes de aire 2 Description caract ristiques techniques 1 Bande conductrice en argent pour 586 81 ou en tungst ne 586 84 Epaisseur de la bande d 5 10 m 2 Douilles de raccordement pour courant transversal Intensit max admise pour le courant 22 A temporaire ment 3 Paire de douilles pour le pr levement de la tension de Hall Uy avec marquage de la polarit pour indiquer une tension de Hall positive Ordre de grandeur de la tension de Hall Uh 10V 4 Bouton de r glage pour potentiom tre 5 Q incorpor pour le r glage du z ro 5 Tige pour la fixation de l appareil dans le trou du noyau en U de 562 11 recevant l lectro aimant g n rant le champ magn tique homog ne intensit de champ B requise 0 1T 0 6T Dimensions de la plaque support env 13 cm x 16 cm x 0 2 cm Poids env 0 4 kg 3 Utilisation 3 1 Circuit quipement et instruments de mesure Le circuit des deux appareils pour l tude de l effet Hall se
5. magn tico actuante con una intensidad de campo B perpendicular a la direcci n de la corriente Si emplea el aparato para el efecto Hall con plata 586 81 el estudio cuantitativo de las funciones Un 1f M y Un 1 B con las relaciones Un y Un B da lugar a Un const B De este modo se confirma la f rmula derivada de la teor a para la tensi n de Hall en un conductor en forma de banda espesor a de un material con una concentraci n n de portadores de carga 1 B 1 el factor 5 depende del material y se le denomina constante de Hall Rh En 1 se pueden medir todas las magnitudes con excepci n de n as el efecto Hall posibilita la determinaci n experimental de la concentraci n de los portadores de carga La direcci n de la tensi n Hall en el caso de la banda de plata permite concluir que los portadores de carga son negativos Este resultado est de acuerdo con el modelo de un gas de electrones libres seg n el cual los electrones de tomos d bil mente ligados electrones de valencia se mueven libremente dentro de un metal con la plata se tiene p ej un electr n de valencia por tomo Al caso l mite de este modelo se le llama Efecto Hall an malo del tungsteno Los experimentos llevados a cabo en las mismas condi ciones con el aparato efecto Hall con banda de plata 586 81 y el aparato efecto Hall con banda de tungsteno 586 84 dan el resultado siguiente la tensi n Hall tiene en el caso de
6. par metros de operaci n m ximos corriente ma gn tica Im 10 A corriente transversal 20 A Para la verificaci n de las proporcionalidades Uh I y Uh B as como para la determinaci n exacta de la tensi n de Hall Uy se recomienda emplear el aparato para el Efecto Hall con banda de plata 586 81 Los ensayos cuantitativos con el aparato con banda de tungsteno requieren un cuidado especial y destreza por parte del experimentado Cuando la corriente transversal est conectada la circulaci n de aire puede provocar fluctuaciones del punto cero que tienen que ser consideradas tensiones termoel ctrica en los contactos de medici n de la tensi n de Hall Como la resistencia el ctrica del tungsteno es mayor que la de plata los efectos t rmicos que se producen y las fluctuaciones del punto cero son mayores La tensi n de Hall deber ser promediada de un total de 5 mediciones 5 Ejemplo de medici n con el aparato para el Efecto Hall con banda de plata 586 81 v ase Fig 3 Fig 3 Tension de Hall Uy en fonction de la densit du flux magn tique B pour un courant transversal de 20 A avec indication de la pente AUH AB pour le calcul de la constante de Hall Ry 1 B ned AUy d Rie HT AB 1 29 4 10 VT 5 10 m 20 A BAD ad Valeur donn e RH 8 9 10 m C Tensi n de Hall Uh en funci n de la densidad de flujo magn tico B para una corriente transversal de 20 A con indicaci n de la pendient
7. ble Importante demagnetizar el hierro del electroim n antes de efectuar el registro de la curva de calibraci n Im B as como antes de cada determinaci n de B a partir de esta esta curva dejar pasar por las bobinas una corriente alterna de aprox 5 A por un corto tiempo entonces reducirla lentamente a 0 Registrar la curva de calibraci n B f Im sin el aparato Efecto Hall tener en cuenta que la distancia entre zapatas polares de ber ser la misma que el espesor de la placa soporte para el experimento sobre el efecto Hall Conectar el sensible dispositivo de medici n de la tensi n de Hall Un p ej Microvolt metro 532 13 de acuerdo a las instrucciones de servicio y poner el visualizador a cero mediante Reset Antes de someter al aparato Efecto Hall a un campo magn tico realizar la correcci n del punto cero aplicar una corriente transversal de p ej 10 A y girar el bot n de ajuste hasta obtener una tensi n de Hall Un igual a cero en el visualizador del instrumento de medici n en caso de que la indicaci n var e despu s de desconectar la corriente conectar la corriente transversal nuevamente y repetir la correcci n del punto cero Para demostrar el efecto Hall normal y el an malo verificaci n del orden de magnitud y la direcci n de la tensi n de Hall los experimentos se llevan a cabo con los aparatos para el Efecto Hall con banda de plata y de tungsteno en las mismas condi ciones y con
8. e A UH AB para el c lculo de la constante de Hall Ry AUN l B e d AUn d Ri H AB l 29 4 10V T 5 10 m a 20 A 7 35 101 m c7 Valor en las tablas RH 8 9 101 m3 0 LEYBOLD DIDACTIC GMBH Leyboldstrasse 1 D 50354 H rth Phone 02233 604 0 Telefax 02233 604 222 Telex 17 223 332 LHPCGN Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved
9. l effet Hall 3 1 1 Courant transversal Source de tension continue variable 2 V 20 A pour Uy f Ph par ex Transformateur variable TBT type D 522 29 ou Alimentation stabilis e 0 a 12 V 20 A 522 47 Variation du courant par 2 rh ostats curseur 11 Q 537 26 mont s en parall le ou par un fil de constantan de 0 5 mm de diam tre 550 44 Amp ereme tre plage de mesure 30 A c c par ex Multim tre de demonstration 531 911 Shunt 30 300 A 531 92 3 1 2 Champ magn tique Electro aimant comprenant Noyau en U 562 11 Paire de pi ces polaires perfor es avec pi ces polaires suppl mentaires 560 31 2 bobines 250 spires 562 13 Source de tension continue r glable jusqu environ 20 V 10 A par ex Transformateur variable TBT 522 39 Amp rem tre pour courant de l aimant plaque de mesure 6 A c c ou 10 A c c par ex Amp rem tre voltm tre 531 94 Dispositif de mesure pour l intensit du champ magn tique B par ex Sonde B direction tangentielle Teslam tre 3 1 3 Tension de Hall Uy Dispositif de mesure sensible la tension plage de mesure 10 vV 10V C C par ex Microvoltm tre 51660 51662 532 13 Recommand Affichage analogique de la valeur mesur e par ex avec Amperem tre voltm tre 531 94 Fig 2 Montaje experimental para el efecto Hall 3 1 1 Corriente transversal I Fuente de tensi n continua 2 V 20 A ajustable para la toma de Uh f N por ej Tran
10. l tungsteno el mismo orden de magnitud pero con una direcci n contraria al de la plata Esto puede ser explicado mediante el modelo de bandas A los estados vac os en la proximidad del borde superior de una banda de energ a normalmente llena se asignan los llamados electrones en defecto o huecos Estos huecos se comportan como si tuvieran cargas positivas en presencia de campos el ctricos o magn ticos como tambi n se demuestra en la teor a Bibliograf a Nuevas fichas de F sica para la Educaci n superior y la Universi dad volumen 1 599 956 La carga elemental e puede determinarse por ej con el aparato de Millikan 559 41 42 siempre que no se le predetermine como constante natural 1 Remarques de s curit Fig 1 1 Instrucciones de seguridad Pour un courant transversal de plus de 15 A et des inten sit s de courant magn tique sup rieures 5 A n en clencher les circuits lectriques que temporairement risque d chaufftement des c bles d exp rience et de surcharge des bobines concues pour 5 A Dans le circuit de courant transversal utiliser des c bles pr vus pour une charge de 20 A par ex c bles d exp rience 501 20 et r f rences suivantes ou c bles de s curit 500 610 Pendant la mesure de la tension de Hall prot ger le dis positif exp rimental contre les courants d air Conectar s lo por corto tiempo el circuito con una cor riente transversal de
11. ra r alis d apres la fig 2 partir de l quipement et des instruments de mesure pour le courant transversal le champ magn tique et la tension de Hall 2 Descripci n y datos t cnicos 1 Conductor de plata en forma de banda en el 586 81 o de tungsteno en el 586 84 Espesor de la banda d 5 10m 2 Casquillo de conexi n para la corriente transversal Inten sidad de corriente m xima permitida 22 A c c por un tiempo breve 3 Par de clavijeros para la toma de la tensi n Hall Un rotulados con la polaridad para la indicaci n de una tensi n Hall positiva Orden de magnitud de la tensi n Hall Un 10V 4 Bot n de ajuste para el potenci metro incorporado de 5 Q para la correcci n del punto cero 5 Varilla de soporte para sostener el dispositivo en el taladro del n cleo en U del 562 11 sobre el cual se monta el electroim n para la generaci n del campo magn tico homog neo Intensidad de campo requerido B 0 1 T hasta 0 9 T Dimensiones de la placa soporte aprox 13 cm x 16 cm x 0 2 cm Peso aprox 0 4 kg 3 Operaci n 3 1 Conexi n equipo e instrumentos de medici n La conexi n se efect a de acuerdo a la Fig 2 para ambos aparatos del efecto Hall empleando el equipo y los instrumentos de medici n para la corriente transversal el campo magn tico y la tensi n Hall descritos a continuaci n Fig 2 Montage exp rimental pour l tude de
12. s avec l appareil argent et l appareil tungst ne dans des conditions identiques avec les donn es de service maximales courant de l aimant In 10 A courant transversal 20 A Pour la mise en vidence des proportionnalit s Uy et Uy B ainsi que pour la d termination exacte de la tension de Hall Un il sera judicieux d utiliser l appareil pour tude de l effet Hall argent 586 81 Les exp riences quantitatives avec l appareil a tungst ne imposent vu le mat riel de travailler avec soin et habilet Les courants d air se manifestant alors que le courant transversal est enclench risquent d occasionner de consid rables variations du z ro tensions thermo lectriques aux contacts de mesure pour la tension de Hall A cause de l assez forte r sistance lectrique du tungst ne les effets thermiques et donc les variations du z ro y seront plus importants que dans le cas de l argent La moyenne de la tension de Hall est tablie partir d au moins 5 mesures 5 Exemple de mesure avec l appareil pour l tude de l effet Hall argent 586 81 voir fig 3 0 1 02 03 04 05 o 0 7 08 0 9 T by Leybold Didactic GmbH 4 Indicaciones para los experimentos Montar el dispositivo para el efecto Hall en el electroim n se g n la Fig 2 desplazar las zapatas polares hacia la placa so porte para que el entrehierro en el que se encuentra la banda de plata o de tungsteno sea lo m s angosto posi
13. sformador variable de baja tensi n D 522 29 Fuente de alimentaci n estabilizada 0 hasta 12 V 20 A 522 47 La corriente se modifica por medio de 2 re statos de cursor 11 Q conectados en paralelo 537 26 o por medio de un alambre de constant n de 0 5 mm 550 44 Amper metro rango de medici n 30 A c c por ej Mult metro para demostraciones 531 911 Resistencia Shunt 30 A 531 92 3 1 2 Campo magn tico Electroim n montado en una base de n cleo en U 562 11 Par de zapatas polares perforadas con piezas polares adicionales 560 31 2 bobinas 250 espiras 562 13 Fuente de tensi n continua ajustable hasta aprox 20 V 10 A Transformador variable de baja tensi n 522 39 Amper metro para la corriente del electroim n rango de medici n 6 A c c 10 A c c por ej Aparato de medida AV 531 94 Dispositivo de medida para intensidades de campo magn ticos B por ej Sonda tangencial B Tesl metro 3 1 3 Tensi n Hall Un Dispositivo de medici n de tensi n sensible rango de medici n desde 10 V hasta 10 V c c p ej Microvolt metro 532 13 51660 51662 Se recomienda Visualizador de medici n anal gico p ej con aparato de medida AV 531 94 4 Remarques sur les exp riences Conform ment la fig 2 monter l appareil pour l tude de l effet Hall dans l lectro aimant dont les pi ces polaires sont directe ment amen es la plaque support de fa on ce que l entrefer o se trouve
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