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Hall - Effekt || Wichtig: Klausur

Frage: Hall - Effekt || Wichtig: Klausur
(14 Antworten)

 
Hi,

ich lern grad auf meine Physik Klausur und dabei ist mir ne Frage zum Hall-Effekt gekommen:

Was ich verstanden habe:

Durch die Lorenzkraft werden die Elektronen im Leiter auf eine Seite gedrängt ( oben oder unten - je nach Polung ) dadurch entsteht ein Überschuss bzw.
Defizit und somit eine Spannung.

Was ich nicht verstanden habe:

In allen Büchern, im inet und auch im Heft ist die Rede von 2 Kräften die sich im Gleichgewicht halten.
Einmal die Lorenzkraft ( soweit logisch ) und einmal eine andere Kraft welche entgegengesetzt wirkt.
Ich zitier einfach mal ein paar Quellen:

"Die Verschiebung geht so lange, bis das durch die Ladungsverschiebung aufgebaute elektrische Feld eine der Lorentzkraft entgegengesetzt gleichgroße elektrische Kraft bewirkt."

Quelle: leifi


" Die Elektronen mit der Ladung e werden durch die Lorentz-Kraft F so lange nach oben verschoben, bis F durch die nach unten gerichtete Kraft F(index H ) des elektrischen Hall-Feldes kompensiert wird. "

Quelle : mentor lernhilfen

"... ein E-Feld erzeugt. Es baut sich so lange auf, bis die nach oben gerichtete elektrische Kraft F(index el) genauso groß wie die Lorentzkraft F(index L) ist.


Kann mir das irgendjemand nochmal genauer erklären welche Kraft drückt die Elektronen quasi wieder in die entgegengesetzte Richtung ?
Welche Formeln gilt dafür bzw. woraus wird diese abgeleitet ? In vielen Büchern wird dabei für F(index el) e * E angegeben. Also quasi die Ladung eines einzelnen Elektron mal die elektrische Feldstärke ?

Wäre für ne (ausführliche) Antwort dankbar
GAST stellte diese Frage am 16.01.2008 - 18:48

 
Antwort von GAST | 16.01.2008 - 18:57
allgemein gilt E*q=F


speziell für elektronen:

-E*e=F

wir haben also ein potential phi (ducrh das wir auch die hall-spannung messen). also auch ein E-feld..und mit dem e-feld natürlich auch ne kraft.. da die teilchen ladungen, die ungleich 0 sind, besitzen

 
Antwort von GAST | 16.01.2008 - 19:10
Ok deine Rechnung versteh ich - somit ist mir auch klar das es diese Kraft F(index el) geben muss und woher diese kommt.
Aber weshalb wirkt die Kraft genau entgegengesetzt der Lorentzkraft im Versuch mit dem Hall-Effekt ? Wieso versucht diese Kraft die Elektronen nach unten zu drücken ?

 
Antwort von GAST | 16.01.2008 - 19:15
wir haben hier ne attraktive wechselwirkung.

E zeigt zu den e- hin.

also zeigt F(el)=-e*E in die andere richtung. (gegen F(lorentz))

 
Antwort von GAST | 16.01.2008 - 19:22
Also ich habe dieses Problem vorallem im Zusammhang mit der Massenspektrometrie kennen gelernt, nur dass hier die Problemstellung in die entgegengesetzte Richtung verlief...

Ein Elektron wird vom induzierten E-Feld zur jenen Seite angezogen, welche einen Elektronen Mangel aufweisst. F(C)= q*E
Um dies zu verhindern und eine geradlinige Ausbreitung zu gewährleisten braucht es eine entgegenwirkende Kraft: die Lorenz-Kraft F(L) = Q(vxB) -> Vekrotprodukt von v und B...
Wie man sieht ist diese von der Geschwindigkeit des Elektrons abhängig, das heisst man kann die Lorenz-Kraft so justieren, bis eine vom Betrag her gleiche antiparallele Kraft entsteht.

Viel Glück für die Klausur!

 
Antwort von GAST | 16.01.2008 - 19:44
Ok also ich versuch das jetzt nochmal in eignen Worten wiederzugeben:

Vorraussetzungen:

Für ein elektrisches Feld gilt die Formel E = F/Q. Umgestellt heißt das: F = Q*E bzw. F = e* E
Dabei wirkt es immer von Plus nach Minus.

Im Zusammenhang mit den Elektronen:

Elektronen sind immer negativ geladen besitzen also die Ladungsmenge e- bzw. q-. Dadurch ist das enstehende Elektrische Feld genau entgegensetzt der Lorentzkraft, weil ihr Betrag negativ ist ?


Ich zitiere mal eben nochmal den Post über mir :

"Ein Elektron wird vom induzierten E-Feld zur jenen Seite angezogen, welche einen Elektronen Mangel aufweisst. F(C)= q*E"

Ist das eine Feststehende Regel ? Das wäre doch im Grunde schon die ganze Erklärung ( in Kurzform ).

 
Antwort von GAST | 16.01.2008 - 19:54
Ja, sie sind entgegengesetzt gerichtet, da die Lorenzkraft nicht direkt von der Ladung des Teilchens abhängig ist und so der negative Aspekt des Probekörpers verloren geht...


Autor
Beiträge 6266
96
Antwort von Double-T | 16.01.2008 - 19:58
Die wirken sich einfach dadurch immer entgegen, dass das elektrische Feld durch die Lorentzkraft erzeugt wird.

-Lorentzkraft will die Teilchen in die eine Richtung bewegen.
-Durch die Ladungsverschiebung entsteht das elektrische Feld.
-Das elektrische Feld wirkt der Lorentzkraft entgegen und versucht die Ladungen wieder "homogen zu verteilen".

 
Antwort von GAST | 16.01.2008 - 20:36
Ok jetzt ist bei mir (endlich) der Groschen gefallen. Besonders als ich die Schritt für Schritt Anleitung über mir nochmal durchgedacht habe:

1.) Strom fließt durch ein Kupferblättchen welches senkrecht zu einem Magnetfeld durchflossen wird. Dadurch wirkt eine Lorentzkraft, sagen wir nach oben.

2.) Die Elektronen werden nach oben abgelenkt und sammeln sich dort an. Ein Elektronenüberschuss ensteht, also ein Minuspol. Auf der unteren Seite befindet sich ein Elektronendefizit also ein Pluspol.

3.) Diese 2 Pole bewirken ein E-Feld welches zwischen ihnen nun wirkt: Von + nach Minus ( also von oben quasi nach unten )

4.) Dieses E-Feld bzw. die Kraft des E-feldes überlagert sich mit der Lorentzkraft, sobald diese im Gleichgewicht stehen bleibt der Zustand wie er ist ( oben überschuss - unten defizit ) und es kommen keine neuen Elektronen hoch / runter wiel sich beide Kräfte im Gleichgewicht halten.

Kann mir das nur noch jemand bestätigen ob das nun so stimmt ?

Weil damit hätte ich einen großen Teil des Hall-effekts verstanden. Somit muss gelten : F(index L) = F(index el). Setzt man beides ein kriegt man raus E = v(senkrecht)* B.

Bleibt nur noch ein Schritt. Ich zitiere mal eben aus unserem Schulbuch ( Schrödel - Physik 12/13 ):

" Mit U(index H) = E*h ergibt sich: U(index H)= B*v(senkrecht)*h"

U(index H) steht ja für die Hallspannung. Diese ist also das elektrische Feld mal h ( wofür steht h in dem Zusammenhang ? ). Die Umformung kappier ich aber nicht woher die Formel U(index H) herkommt bzw. für was h steht.

 
Antwort von GAST | 16.01.2008 - 20:48
wir fassen mal zusammen---> lorentzkraft wird gleichgesetzt mit elektrischer kraft ----> siehe double t. daraus ergibt sich dann F(l)=F(el) ---> für lorenzkraft setzen wir ein e(oder Q,ist egal,kommt halt darauf an was für ladungsträger gegeben ist)*v*B=e(oder Q) *E(h)
----> da e(oder Q) auf beiden seiten des gleichheitszeichen(=) steht,kann man es rauskürzen. bleibt übrig v*B=E(h)


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96
Antwort von Double-T | 16.01.2008 - 20:51
Schritt 1-4 sind soweit richtig.

Um dir deine letzte Frage noch zu beantworten, solltest du dir den "Plattenkondensator" noch einmal ansehen, denn darin ist die Analogie zu dem Elektrischen Feld im kupferplättchen am größten.

 
Antwort von GAST | 16.01.2008 - 20:52
E(h) kann man ersetzen,da E= U/d(oder s,je nach schreibweise in der formelsammlung) ----> v*B=U/d ---> U=v*B/d ----> das war es,was man als herleitung und als formel zur berechnung braucht

 
Antwort von GAST | 16.01.2008 - 20:54
sorry,U=v*B*d! (20 zeichen)

 
Antwort von GAST | 16.01.2008 - 21:04
Alles klar - habs verstanden der Schlüssel zur Lösung liegt in der Formel E = U/d - wenn man die Nach U umstellt erhält man U = E*d. Im Zitat aus dem Buch nennen die das eben U(index H) = E*h, aber in beiden Fällen dürfte mit h und d das gleich gemeint sein, nämlich der Abstand. Wunderbar jetzt ergibt das ganze einen Sinn für mich ! Danke an alle die sich hier gemeldet haben :)


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Antwort von Double-T | 16.01.2008 - 21:08
Du scheinst es verstanden zu haben. :)

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