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EM-49
Hall-Effekt
Beschreibung
In diesem Versuch wird der Hall-Effekt demonstriert, also das Auftreten einer elektrischen Spannung in einem stromdurchflossenen Leiter, der sich in einem stationären Magnetfeld befindet. Für die Hallspannung gilt UH ∝ I·B/d (d = Dicke der Probe, I = Strom, B = magnetische Flussdichte). Es kann einerseits die Proportionalität zwischen Querstrom und Hallspannung bei konstantem Magnetfeld und andererseits die Proportionalität zwischen magnetischer Flussdichte und Hallspannung bei konstantem Querstrom demonstriert werden. Der Versuch kann eher qualitativ mit Demomultimetern oder quantitativ mit Datenaufzeichnung mit CASSY durchgeführt werden.
Der Versuch ist hier mit Silber dokumentiert. Es stehen auch Platten mit Wolfram oder mit einem Halbleiter zur Verfügung.
Das stationäre Magnetfeld wird durch ein Spulenpaar realisiert, welches über einen U-Kern mit Polschuhen verbunden ist. In den Spalt zwischen den Polschuhen wird das Hall-Effekt-Gerät montiert. Für die Messung der magnetischen Flussdichte muss zusätzlich eine Hallsonde im Spalt platziert werden.
Der Anschluss für die Stromquelle für den Querstrom und der Abgriff für die Hallspannung sind auf dem Hall-Effekt-Gerät bezeichnet. Da die Hallspannung sehr klein ist (Mikrovolt), muss die Hallspannung um den Faktor 105 verstärkt werden.
Der Strom und die verstärkte Hallspannung können mit Demomultimetern angezeigt werden, oder mit einem Sensor-CASSY gemessen werden.
Für die quantitative Messung der Hallspannung in Abhängigkeit vom Strom bei konstanter magnetischer Flussdichte wird CASSY benutzt, wobei der Querstrom dann 3A nicht überschreiten darf. Bevor man die Strommessung am Sensor-CASSY anschließt, muss das Hall-Effekt-Gerät kalibriert werden. Dazu wird der Querstrom auf 10A gestellt und am Drehknopf des Hall-Effekt-Geräts die Hallspannungsanzeige auf Null gebracht. Sollte die Hallspannung nach Abschalten des Querstromes weiterhin einen Offset anzeigen, nullt man zusätzlich am Verstärker. Jetzt kann das CASSY-Modul zur Strommessung in den Kreis geschaltet werden, und es können Messwerte bei variierendem Querstrom im Interval von 0-3A aufgenommen werden.
Für die Messung der Hallspannung in Abhängigkeit vom Magnetfeld bei konstantem Querstrom wird die Querstrommessung von CASSY getrennt - dann kann für höhere Ströme als 3A gemessen werden. Es wird ein konstanter Querstrom von 10A eingestellt und die Hallspannung bei ausgeschaltetem Spulenstrom am Drehknopf des Hall-Effekt-Geräts genullt. Danach kann der Spulenstrom durchgefahren werden und in CASSY die Hallspannung in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte aufgezeichnet werden. Falls gewünscht, kann dann noch eine Messung bei gleichen Einstellungen des Hall-Effekt-Geräts mit einem anderen Querstrom durchgeführt werden (z.B. 5A). Zum zeigen des Metallstreifens steht jeweils ein zweites Exemplar für Silber und Wolfram zur Verfügung.
Aufbau
Resultat

Hallspannung gegen magnetische Flussdichte, Querstrom I=10A
Hallspannung gegen magnetische Flussdichte, Querstrom I=10A

Copyright: RWTH

Hallspannung gegen magnetische Flussdichte, Querstrom I=5A
Hallspannung gegen magnetische Flussdichte, Querstrom I=5A

Copyright: RWTH

Hallspannung gegen Querstrom,<br>magn. Flussdichte 180mT
Hallspannung gegen Querstrom,
magn. Flussdichte 180mT

Copyright: RWTH

Hallspannung gegen Querstrom,<br>magn. Flussdichte 360mT
Hallspannung gegen Querstrom,
magn. Flussdichte 360mT

Copyright: RWTH