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
6. Anhang
6.1 Schaltskizzen
6.2 Arbeitstagebuch
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Facharbeit ist die experimentelle Bestimmung der Hall-Konstante für Silber, wobei der Fokus auf der praktischen Umsetzung und der Bewältigung technischer Herausforderungen im Versuchsaufbau liegt. Die Arbeit untersucht die Zusammenhänge zwischen Magnetfeld, Stromfluss und der resultierenden Hall-Spannung, um ein tieferes Verständnis für dieses physikalische Phänomen zu gewinnen.
- Grundlagen des Hall-Effekts und historische Einordnung
- Aufbau und Durchführung des Hall-Experiments mit Silberplättchen
- Theoretische Herleitung der für die Auswertung benötigten Formeln
- Methodik zur Bestimmung der Magnetfeldstärke mittels Leiterschleife
- Analyse praktischer Fehlerquellen und Messergebnis-Validierung
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.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Motivation für die Facharbeit und die Entscheidung, das Thema Hall-Effekt praktisch zu untersuchen.
2. Biographie des Edwin H. Hall: Lebensweg und wissenschaftliche Errungenschaften des Entdeckers des Hall-Effekts.
3. Die Experimente: Detaillierte Darstellung des experimentellen Aufbaus sowie der theoretischen Grundlagen und Formelherleitung.
4. Die Probleme bei Durchführung der Versuche: Darstellung der aufgetretenen Schwierigkeiten wie Restmagnetismus, Nulldrift und Wärmeprobleme.
5. Auswertung und Fazit: Präsentation der Messergebnisse, Vergleich mit dem Literaturwert und abschließende Reflexion.
6. Anhang: Bereitstellung der Schaltskizzen und des detaillierten Arbeitstagebuchs.
Schlüsselwörter
Hall-Effekt, Hall-Konstante, Silber, Magnetfeld, Lorentzkraft, elektrische Spannung, Driftgeschwindigkeit, Elektromagnete, physikalisches Experiment, Messgenauigkeit, Stromstärke, Elektronendichte.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Facharbeit grundsätzlich?
Es geht um die experimentelle Bestimmung der Hall-Konstante von Silber durch den Nachbau und die Durchführung eines physikalischen Hall-Experiments.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen sind der Hall-Effekt, die theoretische Herleitung der Formeln zur Hall-Spannung sowie der Aufbau eines Versuchs zur Messung von Magnetfeldern.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist die material-spezifische Bestimmung der Hall-Konstante durch die Messung von Hall-Spannung und Magnetfeldstärke unter realen Laborbedingungen.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es wurde ein experimenteller Ansatz gewählt, bei dem zwei Stromkreise genutzt wurden: einer zur Erzeugung des Magnetfeldes und einer zur Messung der Hall-Spannung am Hallelement.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst die theoretische Fundierung, die detaillierte Beschreibung des Versuchsaufbaus, die Dokumentation der Fehlerquellen und die rechnerische Auswertung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich am besten mit Begriffen wie Hall-Effekt, Lorentzkraft, Silber, Magnetfeldmessung und Versuchsaufbau charakterisieren.
Warum war eine zweite Messreihe zur Bestimmung des Magnetfeldes notwendig?
Da das Hauptversuchs-Setup keine direkte Hallsonde zur Magnetfeldmessung enthielt, wurde eine zusätzliche Messung mittels stromdurchflossener Leiterschleife an einer Waage durchgeführt.
Wie groß war die Abweichung des gemessenen Werts vom Literaturwert?
Der ermittelte Durchschnittswert der Hall-Konstante wies eine Abweichung von etwa 5 % gegenüber dem Literaturwert auf.
- Arbeit zitieren
- Hendrik Heitkamp (Autor:in), 2011, Die experimentelle Bestimmung der Hallkonstante am Beispiel Silber, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/230947
