naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru
 
Поиск по сайту
 

Эффект Холла или что такое дырка


Электрический ток К содержанию Кое-что о сопротивлении или что такое фонон
Page copy protected against web site content infringement by Copyscape

Сейчас познакомимся с еще одним опытом. Возьмем прямоугольный брусок из проводящего материала и подключим к нему батарейку с проводами. Один провод подключим через выключатель. Все, как показано на рисунке ниже. Замкнем выключатель, и в цепи потечет электрический ток. Будем считать, что электрический ток - это движение электронов. В согласии с законами физики, электроны движутся от отрицательного полюса батарейки сначала по проводнику, затем внутри прямоугольного бруска справа налево, затем вновь по проводнику к положительному полюсу батарейки. Теперь возьмем подковообразный магнит и наденем его на брусок так, чтобы образовалось магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости рисунка. Крестиками на рисунке показаны как бы хвосты стрел, впивающихся в страницу, и направление полета этих стрел совпадает с направлением векторов напряженности магнитного поля.


Раньше мы выяснили, что если электрический заряд движется в магнитном поле, то возникает сила, направленная перпендикулярно направлению магнитного поля. Итак, если внутри бруска имеется движущийся электрон, который на рис. помечен буквой Э, а направление его движения в отсутствии магнитного поля - стрелкой с буквой vэ на конце, то сила, действующая на этот электрон в магнитном поле, будет направлена вертикально вверх. Эта сила обозначена на рисунке стрелкой с буквой F. Под действием этой силы электроны должны отклоняться, и, если магнитное поле достаточно сильное, часть электронов в своем движении должна достигать верхней грани бруска. Если наши рассуждения были верными, то на верхней грани бруска по мере протекания тока должен накапливаться электрический заряд электронов. Этот заряд можно обнаружить, например, подвесив крохотный шарик, заряженный положительно, который должен притягиваться к верхней грани бруска.

Так и происходит на самом деле. Эффект, состоящий в том, что при протекании электрического тока через образцы материалов, помещенные в магнитное поле, на гранях этих образцов, параллельных направлению движения тока, создаются электрические заряды, получил название эффекта Холла. Казалось бы, эффект Холла имеет именно то объяснение, которое мы ему только что дали. Более того, величина заряда, образующегося на верхней грани бруска, должна быть пропорциональна произведению силы тока и напряженности магнитного поля. Измерения показывают, что так и есть в действительности.

Но не все так просто, что кажется простым. Оказывается, только для некоторых материалов верхняя грань бруска заряжается отрицательно. У других материалов, в том числе и у некоторых металлов, на верхней грани бруска образуется положительный электрический заряд. Это очень легко обнаружить, если приблизить к верхней грани подвешенный на ниточке положительно заряженный шарик. Шарик не притягивается к грани, а наоборот, отталкивается от нее. Можно изменить направление протекания тока или направление магнитного поля на противоположное, тогда заряд будет образовываться на нижней грани, но опять-таки, у одних материалов он оказывается отрицательным, у других - положительным.

Во дела! Долго ученые ломали голову, чтобы объяснить этот факт. Сказать можно лишь одно: для одних материалов электрический ток - это движение отрицательно заряженных электронов, а для других материалов электрический ток - это движение положительно заряженных... Положительно заряженных чего?

Разумеется, были произведены точные расчеты массы и величины заряда этого "нечто". Получается, что это "нечто" имеет массу, близкую к массе электрона и заряд, равный заряду электрона, но с противоположным знаком.

Представим себе такую картину. Имеется кусочек металла (проводника), и мы будем описывать процессы, происходящие в электромагнитном поле в металле, как процессы, происходящие с множеством мысленных частиц электронов. Будем считать, что электрический ток через металл не протекает. Электроны, как реальные, так и мысленные, все равно находятся в постоянном движении. Мы уже об этом говорили на предыдущих страницах. Система, состоящая из положительных и отрицательных зарядов, может быть устойчивой в том и только в том случае, когда заряды эти находятся в непрерывном движении. То. что справедливо для реальных электронов, должно быть справедливо и для мысленных.

Каждый мысленный электрон в данный момент времени движется в некотором определенном направлении и с некоторой определенной скоростью. Но если электрический ток отсутствует, сумма скоростей всех электронов обязательно должна быть равной нулю. Если сумма скоростей всех электронов не равна нулю, это все равно, что по проводнику протекает электрический ток. Сумму скоростей запишем в виде:


Теперь представим, что из множества мысленных электронов, с помощью которых мы описываем процессы в проводнике, выбрали один электрон, который в данный момент времени движется со скоростью vi в направлении, куда указывает вектор vi. А теперь возьмем и выбросим этот электрон. Сумма скоростей теперь уже не равна нулю. Это понятно. Обозначим сумму скоростей в этом случае так:


Ясно, что


А, следовательно


Оказывается, сумма скоростей всех оставшихся электронов, а их может быть сколько угодно, в точности равна по величине скорости одного единственного электрона и противоположна ей по знаку, а следовательно, по направлению. Тот же результат можно сформулировать иначе. Все оставшиеся после выбрасывания одного электроны движутся точно так же, как двигался бы один единственный электрон, но в противоположном направлении. Электроны мысленные, т.е. мы наделяем их единственным свойством двигаться в данном направлении и с данной скоростью под действием электрического поля.

Ну а если некий объект движется в сторону, противоположную той, в которую должен был бы двигаться электрон, то можно сказать про него только одно: этот объект заряжен положительно. Вот мы и подходим к окончательному выводу - движение множества электронов, из которого выброшен один электрон, можно описать движением одного единственного объекта, имеющего массу, равную массе электрона, и заряд, равный по величине, но противоположный по знаку заряду электрона.

Такие объекты получили название дырки. Называние как бы подчеркивает то обстоятельство, что речь идет о чем-то таком, что осталось после выбрасывания одного электрона. Остается еще один вопрос: как же выбросить электрон? Дело в том, что мысленные электроны, в отличие от реальных, никак друг с другом не взаимодействуют, если они находятся в разных энергетических зонах. Поэтому дырка образуется всякий раз, когда электрон переходит из валентной зоны в свободную.

Page copy protected against web site content infringement by Copyscape
Электрический ток К содержанию Кое-что о сопротивлении или что такое фонон
репетитор,гдз,преподователь,учитель
Новости:




 

Error. Page cannot be displayed. Please contact your service provider for more details. (31)


copyright © 2003-2017 naf-st.ru, info@naf-st.ru
При полном, либо частичном цитировании материалов сайта naf-st.ru ссылка (для интернет изданий гиперссылка) обязательна!!! Будьте взаимовежливы!

Хостинг «Джино»
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь