INSTITUTO DE FISICA- UFBa Março, 2003 DEPARTAMENTO DE FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO ESTRUTURA DA MATERIA I (FIS 101) EFEITO HALL

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1 INSTITUTO DE FISICA- UFBa Maço, 2003 DEPARTAMENTO DE FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO ESTRUTURA DA MATERIA I (FIS 101) Roteio elaboado po Newton Oliveia EFEITO ALL OBJETIO DO EXPERIMENTO: A finalidade do expeimento é estuda o efeito all deteminando a constante all po unidade de espessua em uma célula all. A célula all seá então calibada paa se utilizada em medidas da indução magnética. MATERIAL: 1. Eletoimã (Imax 1.5 A), com peças polaes cilíndicas. 2. Fonte de alimentação CENCO 50 dc, 5 A. 3. Multiteste Minipa ET-2080, 0-20 A, DC (medida da coente do imã). 4.Multiteste Minipa ET-2080, 0-400mA, DC (medida da coente na célula all). 5.Multiteste Minipa ET-2080, 0 2dc (medida da tensão all) 6. Fonte de tensão ajustável SME. 7. Célula all. TEORIA DA MEDIDA: Consideemos um conduto na foma de uma baa de seção etangula conduzindo uma coente elética I. Apliquemos um campo de indução magnética B pependicula à densidade de coente J confome o desenho a segui. Os potadoes de caga q que estão em movimento com uma velocidade de aaste v estaão sob efeito de uma foça magnética que os deslocaão paa a lateal do conduto, aumentando a concentação desses potadoes nessa egião. Essa maio concentação de cagas na lateal dá oigem a um campo elético lateal conhecido como campo all ou E. Esse campo pode se detectado pela medida da difeença de potencial que apaece ente as faces lateais do conduto, chamada de tensão all ou.

2 2 B F = qv x B d F J = nqv J a n é a concentação de potadoes de caga. (# de potadoes/volume) b Os potadoes de caga não podem sai pela lateal do conduto. Potanto, na situação de equilíbio, o campo all exece uma foça nos potadoes de caga em movimento no sentido oposto à foça magnética. E = v x B ou 1 E = J x B = R nq J x B onde R é definida como a constante all do mateial. A constante all pode se deteminada a pati das medidas da tensão all e da coente que passa pelo semiconduto, sendo conhecida a espessua da baa e o valo da indução magnética pois, I d E = e J = R = b bd IB A mobilidade, m, dos potadoes de caga é definida como a constante de popocionalidade ente a velocidade de aaste dos potadoes e o campo elético que os coloca em movimento, campo esse esultante da aplicação de uma difeença de potencial ente os extemos da baa ao longo da dimensão a.

3 3 a I J v = µ E = µ E nq mas J = I E e b d = 1, a n q = R = d I B potanto I d = µ bd IB a emos potanto que a mobilidade pode se deteminada pelas medidas das tensões, da indução magnética, do compimento e lagua da baa semicondutoa. Ou seja a tensão all fonece uma medida dieta da mobilidade. µ = a b B È fácil veifica que a mobilidade está elacionada com a condutividade, s, atavés da constante all, m = R s pois, J = σ E e J = 1 R µ E MEDIDAS A célula all que usaemos consiste em uma lâmina etangula fina, com espessua, d, desconhecida, onde foam soldados eletodos em pontos opostos nas lateais. Passaemos uma coente elética ente os pontos 1 e 2 e mediemos a tensão all ente os pontos 3 e 4 confome o diagama a segui.

4 4 1= fio peto 2= fio vemelho 4 3= fio banco 4= fio vede A Resisto de poteção 1- Inicialmente, com a célula all foa do campo magnético, meça a difeença de potencial all,, paa valoes de coente vaiando de 0mA a 8,0mA em incementos de 0,5mA. Isso seá obtido vaiando-se lentamente a difeença de potencial na fonte ajustável. Use o botão de ajuste fino paa maio exatidão na vaiação da tensão e da coente. Não ultapasse 15mA. Essa difeença de potencial all é devida à impefeição no posicionamento dos eletodos ao longo das lateais da baa semicondutoa. Um valo de tensão difeente de zeo ente os pontos 3 e 4, na ausência de campo de indução magnética, significa que os eletodos estão localizados em supefícies equipotenciais distintas. Constua um gáfico da tensão all em função da coente. Esse gáfico seviá paa coigi os valoes da tensão all quando da aplicação do campo de indução magnética. 2- Intoduza a célula all ente os pólos do eletoimã de modo que a face da célula fique pependicula às linhas de campo (eixo do eletoimã). Centalize e fixe a célula nessa posição. Atenção: ocê deve utiliza o mesmo eletoimã que foi usado no expeimento Medidas de campos magnéticos que foi ealizado anteiomente a esse expeimento. Seá necessáio conhece o valo da intensidade da indução magnética em função da coente que passa pela bobina do eletoimã. Potanto, eveja suas anotações. Célula all B Supote da célula all e fios de ligação

5 5 Célula all Eletoimã Bobina do eletoimã Fonte DC ajustável de 0 5A Ligue a fonte do eletoimã e ajuste a coente paa 1A. ocê manteá esse valo fixo paa as medidas seguintes. Ajuste a coente na célula all paa valoes ente 0mA a 6,0mA com incementos de 0,5mA e meça os valoes da tensão all,, coespondentes. Coija a tensão all utilizando o gáfico de coeção do ítem anteio, adicionando ou subtaindo a coeção confome fo o caso paa obte o valo coigido. Faça uma tabela que conste os valoes das coentes, das tensões medidas e das tensões coigidas. Faça um gáfico da tensão all coigida em função da coente na célula. Detemine a constante all po unidade de espessua, R /d, a pati do coeficiente de inclinação do gáfico. Lembe-se que o valo da indução magnética é conhecida. A pati de agoa você possui uma célula all calibada que pode se utilizada paa medi valoes de indução magnética desconhecidos. Exploaemos essa capacidade no póximo item. 3- Escolha 5 valoes paa a coente do eletoimã, IE, ente 0 e 2,0 A (excluindo 1,0 A). Paa cada valo da coente escolhida você vai medi as tensões all, e coigi-las, paa valoes de coente na célula all vaiando de 0mA a 6,0mA em incementos de 0,5mA. Faça os gáficos das tensões all em função das coentes na célula paa cada valo da coente no eletoimã. As cinco etas podem se taçadas em uma mesmo gáfico. Detemine agoa o valo da indução magnética pela medida do coeficiente angula de cada eta coespondente a uma deteminada coente no eletoimã. Moste o esultado em uma tabela onde deve consta o valo da indução magnética e a coente no eletoimã. Faça, agoa, um gáfico da indução magnética em função da coente no eletoimã. A cuva obtida mosta o compotamento de satuação da magnetização do feo do eletoimã. Obseve que paa pequenas coentes a elação ente a indução magnética e a coente é paticamente linea. Compae os valoes da indução magnética em função da coente medidos no expeimento Medidas de campos magnéticos com os valoes medidos nesse expeimento.

6 6 BIBLIOGRAFIA: Fisica, D. alliday e R. Resnick, 4 a ed. vol3 Expeiments in Moden Physics, Melissinos, A. C.