Hall Effect / Helmholtz Coil(예비) - 실험물리학I A+ 레포트

소개

2025-1학기 실험물리학I A+ 레포트입니다.
실험 레포트 작성에 긴 시간 들이지 마시고 다른 과목 공부하시는 걸 추천드립니다.
2학년 1학기 파이팅~

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 재료 및 장비
4. 실험 방법
5. 참고 문헌

본문내용

실험 목적
Hall 효과와 이를 측정할 수 있는 방법에 대해 이해한다.
Hall 효과를 통해서 시료의 전하운반자의 부호와 밀도를 측정하고, 이를 통해 n-type과 p-type 반도체에 대해 이해한다.
Hall 효과를 이용하여 자기장을 측정할 수 있는 방법에 대해 이해하고, 그러한 방법의 한계점에 대해 논의할 수 있다.
Helmholtz coil에 대해 이해하고, 이것이 어떠한 방식으로 응용되는지 알 수 있다.

실험 이론
(1) Hall Effect
① 자기장(magnetic field)과 자기선속(magnetic flux)
자기장
전하가 전기장을 만드는 것처럼 자기홀극이 자기장을 만들 것으로 추측할 수 있으나 자연계에서 홀로 존재할 수 있는 전자와 달리 자석은 항상 N극과 S극이 동시에 있는 것처럼 자극을 하나만 갖는 자기홀극은 존재할 수 없다.
대신 자기장은 주로 대전입자의 운동으로 인해 발생한다고 설명할 수 있다. 자기장에 놓인 입자에는 자기력이 작용하는데, 이때 자기력을 받은 입자의 속도와 입자의 전하가 주어지고 자기력에 대한 식으로 자기장을 표현할 수 있다.
(F_B ) ⃗=qv ⃗×B ⃗

(F_B ) ⃗는 자기력,q는 전하,v ⃗는 입자의 속도,B ⃗는 자기장이다.
속도 ( v) ⃗와 자기장 B ⃗는 가위곱으로 계산되고 오른손 규칙에 의해 v ⃗에서 B ⃗ 방향으로 오른손을 휩쓸면 오른손 엄지를 세운 방향이 자기력 (F_B ) ⃗의 방향이 된다. 즉, 자기력은 항상 속도와 자기장에 각각 수직이다.
이때, v ⃗와 B ⃗ 사이의 각도를 θ라고 하면 자기력의 크기는 다음과 같다.

참고자료

· 서강대학교 실험물리학 Ι 매뉴얼, Exp#02. Hall Effect / Helmholtz Coil
· David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Principles of Physics ΙΙ, 11th edition, WILEY, 2021, p183~239.
· David J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, 5th edition, Cambridge University Press, 2024, p233~253.
· Wikipedia, Helmholtz coil : https://en.wikipedia.org/wiki/Helmholtz_coil
· Wikipedia, Hall effect : https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%99%80_%ED%9A%A8%EA%B3%BC
· Wikipedia, Hall effect sensor : https://en.wikipedia.org/wiki/Hall_effect_sensor