利用霍耳探测器量度磁场.PPT

第 4 冊 單元 4.4 霍耳效應 4.4 霍耳效應 冰球有多快？ 1 電流是電荷的流動 1 電流是電荷的流動 2 漂移速度與電流 2 漂移速度與電流 例題 15 進度評估 9 – Q1 3 電荷在磁場中所受的力 3 電荷在磁場中所受的力 3 電荷在磁場中所受的力 3 電荷在磁場中所受的力 例題 16 例題 16 例題 16 進度評估 10 – Q1 進度評估 10 – Q2 4 霍耳電壓 4 霍耳電壓 b 推導霍耳電壓 b 推導霍耳電壓 4 霍耳電壓 例題 17 例題 17 5 利用霍耳探測器量度磁場 5 利用霍耳探測器量度磁場 實驗 4i 5 利用霍耳探測器量度磁場 例題 18 例題 18 例題 18 例題 18 進度評估 11 – Q1–2 進度評估 11 – Q3 進度評估 11 – Q3 5 利用霍耳探測器量度磁場 例題 19 例題 19 例題 19 例題 19 例題 19 不同物質的霍耳電壓 (b) 如果這物質是半導體，求霍耳電壓。（每單位體積的半導體約有 1025 個載荷子，每個載荷子的電量是 1.6 ? 10–19 C。） BI nQt VH = = (3)(6) (1025)(1.6 ? 10–19)(1 ? 10–3) = 1.125 ? 10–2 V 不同物質的霍耳電壓 (c) 銅還是半導體較宜用作霍耳探測器的探針？為甚麼？ 半導體 ∵ 1.125 ? 10–2 V 的量值  –1.125 ? 10–6 V 的量值 ? 橫跨半導體的霍耳電壓較易量度 是非題︰ 1. 霍耳電壓與磁場成正比。 （對／錯） 2. 霍耳探測器能用來量度變化不定的磁場。 （對／錯） 一塊鋅片闊 12 mm、厚 1.5 mm，每單位體積帶 19 ? 1028 個載荷子。 鋅片置於 0.24 T 的勻強磁場中，通過鋅片的電流是 3.7 A，電流與磁場互相垂直。 （每個載荷子的電量 = 1.6 ? 10?19 C） (a) 求橫跨鋅片兩端的霍耳電壓。 BI nQt VH = = 1.95 ? 10–8 V = (0.24)(3.7) (19 ? 1028)(1.6 ? 10–19)(1.5 ? 10–3) (b) 求鋅片內電子的漂移速度。 v = E B = VH Bd = 1.95 ? 10–8 0.24 ? 12 ? 10–3 = 6.77 ? 10–6 m s–1 電子束的圓周運動 例題 19 電子束的圓周運動 利用電勢差 V 把電子槍內的電子由靜止狀態加速至 v。 電子隨後進入磁場 B，並作半徑為 r 的圓周運動。 電子的電量 = Q 電子的質量 = m * P.* * P.* 冰球有多快？ 電流是電荷的流動 漂移速度與電流 進度評估 9 電荷在磁場中所受的力 進度評估 10 霍耳電壓 利用霍耳探測器量度磁場 進度評估 11 冰上曲棍球比賽中，冰球以高達 160 km h–1 的速率在球場內四處碰撞。 冰球在整場賽事中的平均速度與平均速率有甚麼不同？ 如同冰球一樣，電子的總位移小得可忽略不計。 ∴ 電子沒有淨流動 ? 沒有電流 金屬內的自由電子以大約 105 m s–1 的高速運動，而且不停碰撞靜止不動的正金屬離子。 ? 隨機運動（好像氣體粒子一樣） 金屬兩端接上電源。 ? 建立電場 ? 電子會受電力影響，向着 電場相反的方向加速 ? 電子碰上正離子後會改變方向 ? 淨位移減少 ? 電子達至穩定的漂移速度 (~10–5 m s–1) 電子的漂移速度與電流的方向相反。 考慮以下導體︰ l︰長度 A︰截面積 導體兩端存在電勢差時，設時間 t 內，共有電量為 Qtotal 的電荷以平均漂移速度 v 流過長度 l， 則電流 I 可寫作 I = nAvQ 神經傳導 例題 15 I = Qtotal t = nA lQ l v 神經傳導 假設神經纖維的直徑為 0.2 mm，通過的訊號電流是 0.05 mA，每個離子的漂移速度是 2.0 ? 10–6 m s–1，所帶的電量為 +2e (e = 1.6 ? 10–19 C)。神經纖維內載荷子的密度是多少？ 根據 I = nAvQ， = 2.49 ? 1027 m–3 n = I AvQ (2.0 ? 10–6)(2 ? 1.6 ? 10–19) = 0.05 ? 10–3 ? ? 10–3 0.2 2 2 = 0.5 (1029)(10–7)(–1.6 ? 10–19) I nAQ v = 有 0.5 A 電流通過截面積為 10–7 m2 的銅線。如果每個銅原子能產生一個自由電子，求自由電子在銅線內的漂移速度。設電流的方向為正數。 （已知每單位體積有 1029 顆自由電子，電子的電量 = ?1.