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Versuche

Hall-Effekt (Grundversuch)

Ziel des Versuchs

  • Qualitativer Nachweis des Auftretens des Hall-Effektes
  • Nachweis von \(U_{\rm{H}} \sim I_{\rm{quer}}\)

Benötigte Geräte

  • Elektromagnet mit Polschuhen
  • Gleichstromquelle und Strommesser für den Spulenstrom (mind. \(5\,{\rm{A}}\))
  • Hallapparat mit Silberblech
  • Gleichstromquelle mit Strommesser für den Querstrom  (mind. \(20\,{\rm{A}}\))
  • Messverstärker oder Mikrovoltmeter zur Messung der HALL-Spannung
  • Multimeter zur Anzeige der HALL-Spannung

Versuchsaufbau

Die leistungsstarke Gleichstromquelle mit liefert den Querstrom und wird an die beiden äußeren Anschlüsse des Hallapparates angeschlossen. An die beiden Abgriffe für die HALL-Spannung schließt du den Messverstärker an. An den Messverstärker (Verstärkungsfaktor \(10^5\)) schließt du ein Voltmeter zur Spannungsanzeige an. Die zweite Gleichstromquelle schließt du an die in Reihe geschalteten Spulen des Elektromagneten an. Achte dabei darauf, dass die Spulen so gewickelt und geschaltet sind, dass sich das Magnetfeld zwischen den Polschuhen verstärkt und nicht aufgebt.

Hinweis: Auch bei Nutzung eines Mikrovoltmeters ist es häufig einfacher die Digitalanzeige zu ignorieren (die ansonsten auch justiert werden muss) und nur mit den am Voltmeter angezeigten Werten zu arbeiten.

Justieren der Abgriffe für die HALL-Spannung

Joachim Herz Stiftung
Abb. 2 Anschlüsse des Hall-Gerätes mit Potentiometer

Fließt durch das HALL-Plättchen der Anordnung bei ausgeschaltetem Magnetfeld ein großer Strom \(I_{\rm{quer}}\), so darf natürlich keine Hallspannung \(U_{\rm{H}}\) zu messen sein. 

Dies erreichst du, indem du zunächst ohne Querstrom und Magnetfeld den Nullpunkt des Messverstärkers justierst. Anschließend regelst du den Querstrom \(I_{\rm{quer}}\) hoch. Misst du bereits jetzt ohne Magnetfeld eine HALL-Spannung muss du dies kompensieren, indem du am Potentiometer der Anordnung so lange drehst, bis am Messverstärker wieder die Spannung Null angezeigt wird (vgl. Abb. 2).

Demonstration des Auftretens einer HALL-Spannung

Ohne weitere notwendige Justierung kannst du das Auftreten der Hall-Spannung zeigen. Stelle dazu zunächst einen großer Querstrom \(I_{\rm{quer}}\) ein und steigere anschließend das Magnetfeld \(B\), indem du den Stromfluss durch den Elektromagneten steigerst. Dabei beobachtest du das Voltmeter zur Anzeige der HALL-Spannung. Das Voltmeter schlägt aus und der Ausschlag nimmt mit wachsendem Magnetfeld weiter zu.

 

Untersuchung der Abhängigkeit der HALL-Spannung vom Querstrom

Ebenfalls ohne weitere Justierung kannst du den Einfluss der Stärke des Querstroms \(I_{\rm{quer}}\) auf die Hallspannung \(U_{\rm{H}}\) nachweisen. Dazu stellst du das Magnetfeld \(B\) auf den größtmöglichen Wert ein und steigerst anschließend den Querstrom \(I_{\rm{quer}}\).

Beobachtung und Auswertung

Eine Verdoppelung des Querstroms \(I_{\rm{quer}}\) führt auch zu einer Verdoppelung der gemessenen Hallspannung \(U_{\rm{H}}\) (vgl. Abb. 3.1 - Abb. 3.3). Beide Größen sind also proportional zueinander:  \[U_{\rm{H}}\sim I_{\rm{quer}}\]

Ausblick

Für eine quantitative Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Magnetfeld \(B\) und Hallspannung \(U_{\rm{H}}\) ist ein Kalibrieren des Elektromagneten nötig. Mehr Infos zur gesamten quantitativen Untersuchung des Hall-Effektes findest du im nächsten Versuchsartikel.