Praktikum: Der Halleffekt bei Halbleitern - Versionsgeschichte

Patrick.Nordmann am 29. Juni 2022 um 16:14 Uhr

2022-06-29T16:14:51Z

Patrick.Nordmann am 29. Juni 2022 um 16:03 Uhr

2022-06-29T16:03:48Z

Patrick.Nordmann: /* Praktikum: Der Hall-Effekt bei dem Halbleiter Germanium */

2022-06-29T16:03:16Z

‎Praktikum: Der Hall-Effekt bei dem Halbleiter Germanium

Patrick.Nordmann: /* Links */

2022-06-29T16:00:46Z

‎Links

Patrick.Nordmann: /* Praktikum: Der Hall-Effekt bei dem Halbleiter Germanium */

2022-06-29T16:00:27Z

‎Praktikum: Der Hall-Effekt bei dem Halbleiter Germanium

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__NOTOC__
=Praktikum: Der Hall-Effekt bei dem Halbleiter Germanium=
===Arbeitsauftrag===
[[Datei:Doppelschichtkondensator mit Euro klein.jpg|thumb|Der Doppelschichtkondensator mit angelöteten Kupferdrähten.<br/>Links die Markierung des Minus-Pols.]]
:'''1)''' Im ersten theoretischen Teil des Praktikums geht es darum einige mathematische und physikalische Zusammenhänge zu klären.
:'''2)''' Im zweiten Teil sollen mit Hilfe des Hall-Effektes einige Eigenschaften von Germanium gemessen werden:
::'''a)''' Das Vorzeichen der Ladungsträger von Germanium
::'''b)''' Die Hall-Konstante von Germanium
::'''c)''' Die Ladungsträgerdichte von Germanium
::'''d)''' Die Geschwindigkeit der Ladungsträger im Germanium
;1) Begründe mit Hilfe passender Formeln:
:Die Hallspannung ist groß, wenn:
:* die Stromstärke <math>I</math> groß ist,
:* die Dicke <math>d</math> des Leiters gering ist,
:* die Geschwindigkeit <math>v</math> der Ladungsträger hoch ist,
:* die Ladungsträgerdichte <math>\rho_N</math> gering ist

;2) Messen des Hall-Effektes
:Zur quantitativen Untersuchung des Hall-Effektes benötigt man ein Magnetfeld einer bekannten Feldstärke <math>H</math> bzw. Flußdichte <math>B</math>. Messt daher zunächst die Flußdichte des Magneten mit Hilfe der Hall-Sonde.
:

*Laden Sie den Kondensator auf, indem Sie ihn direkt an die Batterie halten. (AUF DIE POLUNG ACHTEN!) Betreiben Sie mit dem Kondensator die LED oder das Glühlämpchen.
:Notieren Sie Ihre Beobachtungen.
:Erklären Sie Ihre Beobachtungen mit Hilfe eines Vergleichs zu einem aufgepumptem Fahrradreifen.
;Messen Ladevorgangs
*Bauen Sie den Stromkreis nach dem Schaltplan oder dem Vorbild auf.
*Laden Sie einen vorher vollständig entladenen Kondensator mit einer Batterie auf.
:Messen Sie während des Ladevorgangs die Spannung am Kondensator und den Ladestrom und tragen Sie Ihre Ergebnisse in eine Tabelle ein. Zu Beginn des Ladevorgangs ist es sinnvoll in kurzen Abständen zu messen, später reichen größere Zeitabstände. Der Kondensator gilt als geladen, wenn die Stärke des Ladestroms weniger als 5 mA beträgt.
Zeit t in sec | 0 | 2 | 4 | 6 | ...
Spannung U in V | | | | | ...
Stromstärke I in A | | | | | ...
:*Erstellen Sie jeweils ein Diagramm des Spannungs und Stromstärkeverlaufs über die Zeit.
:*Berechnen Sie mit Hilfe der Integration des Stromstärkeverlaufs den Verlauf der Ladung über die Zeit.
:*Erstellen Sie ein Diagramm der Spannung über die Ladung.
::Berechnen Sie daraus die in den Kondensator hineingeflossene Energie. (Siehe [[Das_Konzept_der_Energie#Berechnung_von_Energiemengen_bei_veränderlichem_Potential|Energie und Potential]])
;Messen des Entladevorgangs
*Entladen Sie den Kondensator, indem Sie das Lämpchen betreiben.
:Messen Sie während des Entladevorgangs wieder die Spannung und die Stromstärke:
Zeit t in sec | 0 | 2 | 4 | 6 | ...
Spannung U in V | | | | | ...
Stromstärke I in A | | | | | ...
:*Erstellen Sie jeweils ein Diagramm des Spannungs und Stromstärkeverlaufs über die Zeit.
:*Berechnen Sie mit Hilfe der Integration des Stromstärkeverlaufs den Verlauf der Ladung über die Zeit.
:*Erstellen Sie ein Diagramm der Spannung über die Ladung.
::Bestimmen Sie aus dem U-Q-Diagramm die Menge der über die Lampe abgegebenen Energie.

;Material
:Flachbatterie, Kroko-Kabel, Doppelschicht-Kondensator (5,5V/1F), LED, Lämpchen (4V/40mA), zwei Multimeter, Steckbrett, 4 Kabel, einige Steckverbindungen, 4 Verbindungsstangen mit Krokoklemmen, eine Stoppuhr,

;Aufbau

'''''ACHTUNG! Das Stromstärkemessgerät NIE direkt an die Spannungsquelle anschließen!'''''

Sonst brennt die Sicherung durch.

<gallery widths=240px heights=200px perrow=2 >
Bild:Praktikum Kondensator Aufbau Laden.jpg|Der Ladevorgang: <br/>Man klemmt die Batterie an.
Bild:Praktikum Kondensator Aufbau Entladen.jpg|Der Kondensator betreibt das Lämpchen: <br/>Man klemmt die Batterie ab und ersetzt sie durch einen Verbindungsstecker.
Bild:Praktikum Kondensator Schaltplan mitLämpchen Laden Potential.png|Das elektrische Potential während des Ladevorgangs. Ohne den Widerstand des Lämpchens würde das Potential nur innerhalb des Kondensators abfallen und wäre nicht messbar.
Bild:Praktikum Kondensator Schaltplan mitLämpchen Entladen Potential.png|Während des Entladens gibt es nur zwei Potentialgebiete.
</gallery>
<br style="clear: both" />

==Auswertung==
*[[Praktikum: Einen Kondensator laden und entladen (Auswertung)|Beispiel einer Auswertung]]
*[[Media:Bewertung_Praktikum_Kondensator.pdf|Bewertungskriterien]]

==Links==
[http://de.wikipedia.org/wiki/Doppelschichtkondensator Wikipedia: Doppelschichtkondensator]

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 =Praktikum: Der Hall-Effekt bei dem Halbleiter Germanium=
 ===Arbeitsauftrag===
-[[Datei:Hall-Effekt Germanium Unilab 091.603-4.jpg|thumb|300px|Die Messplatte mit dem Germanium-Halbleiter.<br>]]
+[[Datei:Hall-Effekt Germanium Unilab 091.603-4.jpg|thumb|300px|Die Messplatte mit dem Germanium-Halbleiter.]]
 :'''1)''' Im ersten theoretischen Teil des Praktikums geht es darum einige mathematische und physikalische Zusammenhänge zu klären.
 :'''2)''' Im zweiten Teil sollen mit Hilfe des Hall-Effektes einige Eigenschaften von Germanium gemessen werden.

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 ::'''d)''' Berechnet die Geschwindigkeit der Ladungsträger im Germanium in Abhängigkeit von der Stromstärke.
 ==Links==
-[https://de.wikipedia.org/wiki/Silber Wikipedia: Silber]
+*[https://de.wikipedia.org/wiki/Silber Wikipedia: Silber]
-[https://de.wikipedia.org/wiki/Germanium Wikipedia: Germanium ]
+*[https://de.wikipedia.org/wiki/Germanium Wikipedia: Germanium ]

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 __NOTOC__
 ===Arbeitsauftrag===
-[[Datei:Hall-Effekt Germanium Unilab 091.603-4.jpg|thumb|300px|Die Messplatte mit dem Germanium-Halbleiter.]]
+'''1)''' Im ersten theoretischen Teil des Praktikums geht es darum einige mathematische und physikalische Zusammenhänge zu klären.
-[[Datei:Zeichnung Hall-Effekt Aufbau.png|thumb|300px|Eine Skizze des Germaniumplättchens mit den Bezeichnungen.]]
-:'''1)''' Im ersten theoretischen Teil des Praktikums geht es darum einige mathematische und physikalische Zusammenhänge zu klären.
+'''2)''' Im zweiten Teil sollen mit Hilfe des Hall-Effektes einige Eigenschaften von Germanium gemessen werden.
-:'''2)''' Im zweiten Teil sollen mit Hilfe des Hall-Effektes einige Eigenschaften von Germanium gemessen werden.
 ;1) Begründe mit Hilfe passender Formeln:
-:Die Hallspannung ist groß, wenn:
+Die Hallspannung ist groß, wenn:
-:* die Stromstärke <math>I</math> groß ist,
+* die Stromstärke <math>I</math> groß ist,
-:* die Dicke <math>d</math>  des Leiters gering ist,
+* die Dicke <math>d</math>  des Leiters gering ist,
-:* die Geschwindigkeit <math>v</math>  der Ladungsträger hoch ist,
+* die Geschwindigkeit <math>v</math>  der Ladungsträger hoch ist,
-:* die Ladungsträgerdichte <math>\rho_N</math> gering ist
+* die Ladungsträgerdichte <math>\rho_N</math> gering ist.
 ;2) Messen des Hall-Effektes
-::'''a)''' Begründet mit einer Zeichnung und einem Text welches Vorzeichen die Ladungsträger im Germanium haben müssen. Vergleicht das mit einem Metall.
+*MATERIAL: Hall-Effekt-Messplatte, Festmagnet, Netzgerät, Stromstärkemessgerät, Spannungsmessgerät, Kabel.
-::'''b)''' Berechnet aus den fünf Messwerten die Hall-Konstante von Germanium,
-::'''c)''' Berechnet aus den Messwerten die Ladungsträgerdichte von Germanium. Informiert euch über das molare Volumen von Germanium und berechnet so die Anzahl der Ladungsträger im Verhältnis zur Anzahl der Atomrümpfe.
+*Zur quantitativen Untersuchung des Hall-Effektes benötigt man ein Magnetfeld einer bekannten Feldstärke <math>H</math> bzw. Flußdichte <math>B</math>. Messt daher zunächst die Flußdichte des Magneten mit Hilfe der Hall-Sonde. (VORSICHT mit den Neodym-Magneten, sie haften extrem stark an anderen Magneten! Quetschgefahr der Finger! Magnetstreifen werden gelöscht!)
-::'''d)''' Berechnet die Geschwindigkeit der Ladungsträger im Germanium in Abhängigkeit von der Stromstärke.
 ==Links==
 *[https://de.wikipedia.org/wiki/Silber Wikipedia: Silber]
 *[https://de.wikipedia.org/wiki/Germanium Wikipedia: Germanium ]

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 =Praktikum: Der Hall-Effekt bei dem Halbleiter Germanium=
 ===Arbeitsauftrag===
-[[Datei:Doppelschichtkondensator mit Euro klein.jpg|thumb|Der Doppelschichtkondensator mit angelöteten Kupferdrähten.<br/>Links die Markierung des Minus-Pols.]]
+[[Datei:Hall-Effekt Germanium Unilab 091.603-4.jpg|thumb|300px|Die Messplatte mit dem Germanium-Halbleiter.<br>]]
 :'''1)''' Im ersten theoretischen Teil des Praktikums geht es darum einige mathematische und physikalische Zusammenhänge zu klären.
-:'''2)''' Im zweiten Teil sollen mit Hilfe des Hall-Effektes einige Eigenschaften von Germanium gemessen werden:
+:'''2)''' Im zweiten Teil sollen mit Hilfe des Hall-Effektes einige Eigenschaften von Germanium gemessen werden.
-::'''a)''' Das Vorzeichen der Ladungsträger von Germanium
-::'''b)''' Die Hall-Konstante von Germanium
-::'''c)''' Die Ladungsträgerdichte von Germanium
-::'''d)''' Die Geschwindigkeit der Ladungsträger im Germanium
 ;1) Begründe mit Hilfe passender Formeln:
 :Die Hallspannung ist groß, wenn:
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 ;2) Messen des Hall-Effektes
-:Zur quantitativen Untersuchung des Hall-Effektes benötigt man ein Magnetfeld einer bekannten Feldstärke <math>H</math> bzw. Flußdichte <math>B</math>. Messt daher zunächst die Flußdichte des Magneten mit Hilfe der Hall-Sonde.
+:MATERIAL: Hall-Effekt-Messplatte, Festmagnet, Netzgerät, Stromstärkemessgerät, Spannungsmessgerät, Kabel.
+:Zur quantitativen Untersuchung des Hall-Effektes benötigt man ein Magnetfeld einer bekannten Feldstärke <math>H</math> bzw. Flußdichte <math>B</math>. Messt daher zunächst die Flußdichte des Magneten mit Hilfe der Hall-Sonde. (VORSICHT mit den Neodym-Magneten, sie haften extrem stark an anderen Magneten! Quetschgefahr der Finger! Magnetstreifen werden gelöscht!)
+:Messt die Hallspannung für die fünf verschiedenen Stromstärken 10mA, 20mA, ... , 50mA.
-−
-*Laden Sie den Kondensator auf, indem Sie ihn direkt an die Batterie halten. (AUF DIE POLUNG ACHTEN!) Betreiben Sie mit dem Kondensator die LED oder das Glühlämpchen.
-:Notieren Sie Ihre Beobachtungen.
-:Erklären Sie Ihre Beobachtungen mit Hilfe eines Vergleichs zu einem aufgepumptem Fahrradreifen.
-;Messen Ladevorgangs
-*Bauen Sie den Stromkreis nach dem Schaltplan oder dem Vorbild auf.
-*Laden Sie einen vorher vollständig entladenen Kondensator mit einer Batterie auf.
-:Messen Sie während des Ladevorgangs die Spannung am Kondensator und den Ladestrom und tragen Sie Ihre Ergebnisse in eine Tabelle ein. Zu Beginn des Ladevorgangs ist es sinnvoll in kurzen Abständen zu messen, später reichen größere Zeitabstände. Der Kondensator gilt als geladen, wenn die Stärke des Ladestroms weniger als 5 mA beträgt.
- Zeit     t in sec  | 0 | 2 | 4 | 6 | ...
- Spannung    U in V |   |   |   |   | ...
- Stromstärke I in A |   |   |   |   | ...
-:*Erstellen Sie jeweils ein Diagramm des Spannungs und Stromstärkeverlaufs über die Zeit.
-:*Berechnen Sie mit Hilfe der Integration des Stromstärkeverlaufs den Verlauf der Ladung über die Zeit.
-:*Erstellen Sie ein Diagramm der Spannung über die Ladung.
-::Berechnen Sie daraus die in den Kondensator hineingeflossene Energie. (Siehe [[Das_Konzept_der_Energie#Berechnung_von_Energiemengen_bei_veränderlichem_Potential|Energie und Potential]])
-;Messen des Entladevorgangs
-*Entladen Sie den Kondensator, indem Sie das Lämpchen betreiben.
-:Messen Sie während des Entladevorgangs wieder die Spannung und die Stromstärke:
- Zeit     t in sec  | 0 | 2 | 4 | 6 | ...
- Spannung    U in V |   |   |   |   | ...
- Stromstärke I in A |   |   |   |   | ...
-:*Erstellen Sie jeweils ein Diagramm des Spannungs und Stromstärkeverlaufs über die Zeit.
-:*Berechnen Sie mit Hilfe der Integration des Stromstärkeverlaufs den Verlauf der Ladung über die Zeit.
-:*Erstellen Sie ein Diagramm der Spannung über die Ladung.
-::Bestimmen Sie aus dem U-Q-Diagramm die Menge der über die Lampe abgegebenen Energie.
-−
-−
-;Material
-:Flachbatterie, Kroko-Kabel, Doppelschicht-Kondensator (5,5V/1F), LED, Lämpchen (4V/40mA), zwei Multimeter, Steckbrett, 4 Kabel, einige Steckverbindungen, 4 Verbindungsstangen mit Krokoklemmen, eine Stoppuhr,
-−
-;Aufbau
-−
-'''''ACHTUNG! Das Stromstärkemessgerät NIE direkt an die Spannungsquelle anschließen!'''''
-−
-Sonst brennt die Sicherung durch.
-−
-<gallery widths=240px heights=200px  perrow=2 >
- Bild:Praktikum Kondensator Aufbau Laden.jpg|Der Ladevorgang: <br/>Man klemmt die Batterie an.
- Bild:Praktikum Kondensator Aufbau Entladen.jpg|Der Kondensator betreibt das Lämpchen: <br/>Man klemmt die Batterie ab und ersetzt sie durch einen Verbindungsstecker.
- Bild:Praktikum Kondensator Schaltplan mitLämpchen Laden Potential.png|Das elektrische Potential während des Ladevorgangs. Ohne den Widerstand des Lämpchens würde das Potential nur innerhalb des Kondensators abfallen und wäre nicht messbar.
- Bild:Praktikum Kondensator Schaltplan mitLämpchen Entladen Potential.png|Während des Entladens gibt es nur zwei Potentialgebiete.
-</gallery>
-<br style="clear: both" />
-−
-==Auswertung==
-*[[Praktikum: Einen Kondensator laden und entladen (Auswertung)|Beispiel einer Auswertung]]
-*[[Media:Bewertung_Praktikum_Kondensator.pdf|Bewertungskriterien]]
 ==Links==
-[http://de.wikipedia.org/wiki/Doppelschichtkondensator Wikipedia: Doppelschichtkondensator]
+[https://de.wikipedia.org/wiki/Silber Wikipedia: Silber]

Praktikum: Der Halleffekt bei Halbleitern - Versionsgeschichte

Patrick.Nordmann am 29. Juni 2022 um 16:14 Uhr

Patrick.Nordmann am 29. Juni 2022 um 16:03 Uhr

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Patrick.Nordmann: /* Links */

Patrick.Nordmann: /* Praktikum: Der Hall-Effekt bei dem Halbleiter Germanium */

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