홀효과 결과보고서

목차

Ⅰ. 실험 제목

Ⅱ. 실험 일자, 목적

Ⅲ. 실험 이론

Ⅳ. 실험 기기 및 방법

Ⅴ.결과 및 데이터

본문내용

④곡선의 작성
ⓐ두 전자석 사이에서 gauss meter를 제거한 후 hall effect apparatus를 설 치한다
ⓑ일정한 값을 설정하고, 의 값을 일정한 간격으로 조절하며 이에 따른 의 값을 구한다. 이때의 의 값은 이전 실험에서 구한 관계곡선을 이 용한다.
ⓒ전도체에 흐르는 전하운반자에 작용하는 힘, 자기장, 전류의 방향등을 그림 으로 그려 전하 운반자의 부호를 판단해 본다.
ⓓ식, 를 이용하여 의 값을 결정한다.
ⓔ 위에서 실험을 통해 구한 값인 값을 이론치와 비교하여 본다.
Ⅴ.결과 및 데이터
1. I와 B의 관계를 나타내는 표와 그래프
I in A
B in I
1
0
0
2
0.49
0.0185
3
1
0.036
4
1.5
0.058
5
2.01
0.078
6
2.48
0.1
7
3
0.12
8
3.55
0.14
9
4.07
0.16
10
4.05
0.18
11
5.06
0.196
12
5.53
0.21
13
6.05
0.225
2. B/T 와
B/T
0
2.25
0.0185
2.26
0.036
2.28
0.058
2.28
0.078
2.29
0.1
2.31
0.12
2.33
0.14
2.41
0.16
2.43
0.18
2.38
0.196
2.33
0.21
2.26
0.225
2.20
3. 결과 및 고찰
1) 이번 실험을 하면서, 제일 큰 문제는 실험 매뉴얼에 따른다면, 우선 전자석에 흘려주게 되는 전류 와 Hall effect apparatus에 흐르는 전류를 측정하는 전류계는 최대 측정 범위가 였다. 이는 물론shunt resistor를 이용하여 측정범위를 확장시켜 그 전류를 측정하도록 할 수도 있었지만, 이러한 방법을 사용하게 되면대략의 범위만을 측정할 수 있을 뿐, 정확한 값의 측정은 불가능하다(이는 shunt resistor를 이용하면, 오차의 범위역시 같이 증가하기 때문이다). 때문에 이 두개의 전류계는 측정범위가 "～수십A"인 디지털 멀티메터로 교체를 하였다. 또한 곡선을 작성하기 위하여 Power suppy를 조절하여 전류를 사이로 조절을 하여 자기장을 측정하도록 매뉴얼에 기재가 되어 있었으나, Power supply는 약 를 넘어서면, 자체 차단장치가 차단이 되어 그 위로 측정이 어렵게 되었다. 몇대의 다른 Power supply를 교체해 가며 까지 전류가 공급이 되는 장비를 찾아내어 gauss meter를 이용하여 곡선을 완성할 수 있었으며 위의 표과 그래프와 같이 표현이 가능하다.
2) 그다지 뚜렷하게 나타나지는 않지만, 약 정도까지는 선형적으로 증가하지만, 그 이후부터는 전류의 증가량에 선형적으로 비례하지 않으며 자기장이 증가하는 것을 볼 수 있다. 이를 실험 장치 매뉴얼과 비교해 보면 자기장의 값이 상당히 작게 나오는데 이는, 자기장의 값은 실험장치, 즉 두 코일의 간격의 차이라든지, 두 전자석의 기하학적 배치 모양새 등등에 의해서 다르게 나타난것이며, 그 대략적인 그래프의 형태는 비슷함을 볼 수 있다.
3) 여기까지의 실험은 본격적으로 Hall effect실험을 하기위한 사전 준비단계의 실험이며, 위의 Data를 토대로 하여 이제 금속foil의 두 지점에서의 전위차를 측정할수 있게 된 것이다. 이번 실험에서 디지털 전위차계를 이용하여 금속foil의 상하 두 지점의 전위차를 측정하였다. 하지만 여기에서 중요한 두가지 문제점이 발생하였으며, 이러한 결과로 인하여 이번 실험의 목표였던 값의 결정 및, 전하운반자의 부호를 결정하지 못하였다.
첫번째 문제점: 디지털 전위차계가 시료의 두 지점의 전위차를 측정하지 못한다는 것이다. 전위차계는 측정한계가 까지 측정이 가능하였지만, 전원을 켜자 영점 조절이 되지 않았으며(영점 조절 버튼을 누르더라도, 계속하여 변화하는 전위차 값이 계기판에 표시가 되었다), 시료에 작용하는 자기장의 크기를 변화시켜도 그 값이 변화하지 않는다는 것이다. 표는 그 자기장에 따른 전압 의 표이다.
4) 위의 표를 보듯이 자기장에 따라 선형적으로 증가하는 것이 아니라, 전혀 일관성이 없는 값을 보이고 있다. 이는 실험상의 문제에 의하여 그 결과가 보여지지 않는 것으로 보이며, 올바른 실험 결과를 얻기 위하여 여러 가지 상황을 생각하여 실험을 수정해 보았다.
우선 hall effect apparatus내부 회로의 전기적인 연결이 문제가 생겨 내부 전위차를 측정할 수 없다 가정하고 이를 점검해 보았으나, 장치 내부를 열고 멀티메터를 이용하여 검사를 해 보았으나, 내부 회로의 연결 상태는 문제가 없었다. 다음으로 디지털 전위차계의 고장을 생각해 보았다. 실험에 사용한 전위차계와 같은 종류의 전위차계가 실험실에 단 하나밖에 없었으므로, 장비의 교체는 할 수 없었으며, 전위차계를 이용하여 우리가 알 수 있는 전압(Power suppy에 연결을 하여 전압을 조절해 봄)을 측정해 보았으나, 정상적으로 작동함을 볼 수 있었다. 그렇다면, 미세전압(단위의 전압)의 측정범위에서 오차를 보이는지 검사를 해 보려 하였으나, 실험실 내부의 장비 중에서 범위로의 전위차를 발생시킬 수 있는 장비가 없었으므로 이는 검사해 보지 않았다.
위와 같이, 실험 장비 상으로는 아무런 문제도 보이지 않았다! 그렇다면, 실험 결과가 나오지 않는 원인은 두 번째 문제점을 잘 알 수 없었다.
두 번째 문제점: hall effect apparatus에 흘려보내는 전류 를 공급하는 supply의 문제점이다. 이는 이전 실험인 곡선을 얻는 실험의 문제와 같은 상황이다. 즉, 매뉴얼 상에서는 를 최소 이상으로 올려야 하지만, 여러 Power supply들이 약 를 넘기지 못하고 자체 전원 차단장치를 내려버려서 약 정도까지의 전류만을 흘렸던 것이다. 이것이 유일하게 매뉴얼의 내용과 다른 부분이었으며, 이 원인에 의하여 실험 결과가 나오지 않은 것으로 보인다. 즉, 시료 금속foil내부에 충분한 전류를 흘리지 못하여 이러한 hall effect를 관측하기에 충분한 전하운반자밀도를 만들어 주지 못한 것 에 있는 것이다. 아마도 충분한 전류(이상)를 흘려주게 되면, 시료내에 충분한 전하운반자밀도를 만들어 내어 hall effect를 관측할 수 있을 것이다.

키워드

hall,   effect,   자기장,   전자,   로렌츠,   홀효과