Die Facharbeit beschreibt detailliert den Ablauf der experimentellen Bestimmung der Hallkonstante für das Element Silber. Es werden die theoretischen Aspekte wie deren Umsetzung in der Praxis detailliert beschrieben und anhand von Bildern und Zeichnungen anschaulich erklärt. Weiterhin beinhaltet die Facharbeit eine kurze Biographie des Erstentdeckers des Effektes, Edwin H. Hall, sowie eine Auswertung der Versuchsergebnisse mittels graphischer Darstellung sowie eine detaillierte Fehrleranalyse.
Die Facharbeit wurde 2011 angefertigt und mit der Note 1+ (15 Punkte) im Leistungskurs Physik bewertet.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Biographie des Edwin H. Hall
3. Die Experimente
3.1 Aufbau und Prinzip des Hallversuches
3.2 Theorie und Herleitung der Formel
3.3 Aufbau und Prinzip der Magnetfeldmessung
4. Die Probleme bei Durchführung der Versuche
5. Auswertung und Fazit
Zielsetzung und Themen
Die Facharbeit untersucht, wie sich die Hall-Konstante von Silber experimentell bestimmen lässt. Dazu werden die Hallspannung an einem Silberplättchen und die Stärke des verwendeten Magnetfeldes in zwei Versuchen ermittelt und die Messergebnisse ausgewertet.
- Entdeckung des Hall-Effekts und Biographie Edwin H. Halls
- Aufbau und Durchführung eines Hallversuchs mit Silber
- Herleitung der Formel für die Hall-Konstante
- Magnetfeldmessung mit einer stromdurchflossenen Leiterschleife
- Messprobleme, Kontrollmessung und Vergleich mit einem Literaturwert
Auszug aus dem Buch
3.1 Aufbau und Prinzip des Hallversuches
Das von mir durchgeführte Experiment zur Bestimmung der Hallkonstante ist im Prinzip eine leicht abgewandelte Form des originalen Experiments von E. Hall. Hier geht es lediglich nicht um die Bestimmung des Magnetfeldes über die Hallspannung geht, sondern darum, über die Hallspannung und ein bekanntes, durch einen zweiten Versuch ausgemessenes, B-Feld die so genannte Hallkonstante, einen materialspezifischen Wert zur Berechnung der Hallspannung, zu ermitteln.
Der Hallversuch basiert auf der Lorenzregel, welche besagt, dass ein Probestrom in einem Magnetfeld entsprechend der „3-Finger-Regel“ der linken Hand abgelenkt wird. Bringt man nun zwei Kontakte senkrecht zur Stromrichtung an dem Hallelement an, kann man an diesen die durch die Ablenkung der Elektronen im Magnetfeld verursachte Spannung messen. Diese, wenn auch sehr geringe Spannung lässt sich dann mit einem äußerst empfindlichen Messgerät messen.
Für das Magnetfeld wurden von mir zwei Elektromagnete benutzt, bei welchen ich die Stromstärke in diesem Sekundärstromkreis gemessen habe, um das B-Feld konstant zu halten.
Der „Leiter“, also das so genannte Hallelement (Silberplättchen) wurde hier zwischen die Magnete gespannt und mit variierten Stromstärken belastet, während das Magnetfeld über die gesamte Länge des Versuches konstant gehalten wurde.
In diesem Versuch gibt es drei ganz oder teilweise voneinander getrennte Stromkreise.
Zunächst jener, der das Magnetfeld erzeugt und aufrecht hält und völlig separat von den anderen gehalten wird. Der Strom in diesem wird konstant gehalten, damit auch das Magnetfeld „B“ konstant bleibt. Dann gibt es den Kreis, der einen Strom durch das Hallelement fließen lässt und den dritten Stromkreis speist, an dem die Hallspannung gemessen werden kann. Dieser steht in seiner räumlichen Orientierung orthogonal zum zweiten. Die beiden sind über die Silberplatte miteinander verbunden.
Bei diesem Versuch gibt es jedoch ein Problem, nämlich, dass als besondere Herausforderung nicht mit der Hallsonde bestimmt werden sollte. Hierdurch wird ein weiterer Versuch erforderlich, um das Magnetfeld zu bestimmen.
In dieser speziellen Version des Hallversuches wurde das Hallelement von 5A, 10A, 15A und 18A durchflossen, während es in einem durch den zweiten Versuch näher beschriebenen Magnetfeld war. Die Materialstärke des Silberplättchens betrug 0,05mm.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Der Autor beschreibt, wie er zur experimentellen Beschäftigung mit dem Hall-Effekt kam, und stellt die beiden Versuche vor.
2. Biographie des Edwin H. Hall: Das Kapitel zeichnet Halls Lebensweg und seine wissenschaftliche Arbeit nach, insbesondere seine Entdeckung des Hall-Effekts.
3. Die Experimente: Der Autor erläutert den Hallversuch und die Herleitung der benötigten Formel. Anschließend beschreibt er die Magnetfeldmessung mit einer Leiterschleife.
4. Die Probleme bei Durchführung der Versuche: Behandelt werden praktische Schwierigkeiten und mögliche Fehlerquellen, darunter Restmagnetismus, Nulldrift und Erwärmung.
5. Auswertung und Fazit: Die Messwerte und die Kontrollreihe werden ausgewertet und mit einem Literaturwert verglichen. Abschließend reflektiert der Autor die experimentelle Durchführung.
Schlüsselwörter
Hall-Effekt, Hall-Konstante, Silber, Hallspannung, Magnetfeld, Lorentzkraft, Hallelement, Leiterschleife, Stromstärke, Messfehler, Kontrollmessung, Edwin H. Hall
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Facharbeit?
Die Arbeit befasst sich mit der experimentellen Bestimmung der Hall-Konstante für Silber.
Welche Themen stehen im Mittelpunkt?
Im Mittelpunkt stehen der Hall-Effekt, die zugehörige Formel, der Aufbau zweier Messversuche und mögliche Fehlerquellen.
Was ist die zentrale Fragestellung?
Untersucht wird, wie sich die Hall-Konstante von Silber aus der Hallspannung und einem bestimmten Magnetfeld berechnen lässt.
Welche wissenschaftliche Methode wird angewendet?
Der Autor führt einen Hallversuch und einen zweiten Versuch zur Magnetfeldmessung durch. Die gewonnenen Werte werden berechnet, grafisch dargestellt und anhand einer Kontrollmessung sowie eines Literaturwerts eingeordnet.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil beschreibt die Versuchsaufbauten, die theoretische Herleitung der Formel und Schwierigkeiten bei der praktischen Durchführung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen gehören Hall-Effekt, Hall-Konstante, Silber, Hallspannung, Magnetfeld, Leiterschleife und Messfehler.
Wie wird das Magnetfeld bestimmt?
Eine stromdurchflossene Leiterschleife hängt im Magnetfeld an einer Waage. Aus der Änderung der angezeigten Gewichtskraft wird die Magnetfeldstärke berechnet.
Welche Schwierigkeiten treten bei den Messungen auf?
Der Autor nennt unter anderem Restmagnetismus in den Eisenkernen, Nulldrift des Spannungsmessgeräts, Erwärmung und die Positionierung der Leiterschleife.
Welche Rolle spielt Edwin H. Hall?
Hall entdeckte den nach ihm benannten Effekt. Die Arbeit stellt seinen Lebensweg und ausgewählte Stationen seiner wissenschaftlichen Tätigkeit vor.
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- Hendrik Heitkamp (Author), 2011, Die experimentelle Bestimmung der Hallkonstante am Beispiel Silber, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/230947
