Mișcarea Purtătorilor de Sarcină în Câmpuri Electrice și Magnetice

Rezumat

În această lucrare voi prezenta, pornind de la fundamentarea teoretică, mişcarea purtătorilor de sarcină electrică în câmpuri magnetice şi electrice.

Voi urmării apoi extinderea consideraţiilor teoretice prin prezentarea unor apicaţii.

Voi arăta că unele câmpuri magnetice sunt folosite pentru a produce traiectorii speciale ale particulelor în acceleratori de energie înaltă. Maşini ca ciclotronul şi sincrotronul aduc particulele la energii înalte, trecându-le în mod repetat printr-un câmp electric intens. Particulele sunt ţinute pe orbitele lor cilindrice de un câmp magnetic.

Trecând la nivel macroscopic voi prezenta influenţa câmpului magnetic al Pământului asupra formării centurilor de radiaţie descoperite de Van Allen pe baza datelor obţinute cu ajutorul sateliţilor artificiali. Aceste centuri sunt zone de acumulare a particulelor cosmice, datorită câmpului magnetic terestru care constituie ceea ce se numeşte o capcană magnetică.

Voi încheia lucrarea prezentând unul dintre cele mai importante efecte galvano-magnetice, efect care permite determinarea foarte precisă a concentraţiei precum şi a tipului de purtători care participă la conducţie. Voi considera, în acest scop, un semiconductor omogen, de forma paralelipipedică, prin care trece un curent electric, aşa cum este arătat în figura 4.1. Diferenţa de potenţial între punctele A şi B, situate în acelaşi plan perpendicular pe liniile de curent (suprafaţă echipotenţială), este nulă în absenţa câmpului magnetic constant, H. Dacă există un câmp magnetic, perpendicular pe direcţia curentului, între punctele A şi B apare o diferenţă de potenţial; acest fenomen se numeşte efect Hall, iar diferenţa de potenţial care există între punctele A şi B, tensiune Hall.

Abstract

In this paper I will present, starting with the theoretical section, the movement of the bearers of electric carry in magnetic and electric fields. Next step in the paper will be the presentation of some practical issues. I will demonstrate that some magnetic fields are used to produce special trajectories of the particles in high energy accelerators. Measurements like cyclotron and synchrotron bring particles to high energy power, by passing them recurrently through an intense electrical field. The particles are healed on their cylindrical orbits by a magnetic field. At a macroscopic level, I will be able to present the influence of the magnetic field of the Earth on the conceiving of the radiation belts discovered by Van Allen based on the data obtained with the help of the artificial satellites. These belts are accumulation areas of the cosmic particles, due to the terrestrial magnetic field that forms the magnetic trap.

The paper will end by the presentation of one of the most important galvanic-magnetic effects, that allows the fast and exact determination of the concentration and of the type of bearer that takes part in the conduction process. I will consider a homogenous semiconductor, having parallelepiped shape, through which passes electric current, as you can see in the 4.1 graph. The difference between points A and B, both situated in the same area on the current lines ( equal current area) is null in the absence of the constant magnetic field, H. If there was an electric field, perpendicular on the current direction, between the points A and B there would be a notable difference; this phenomenon is called “The Hall Effect”, and the difference is called “Hall Tension”.

Consideraţii teoretice:

Există un material numit *magnetit , care are proprietatea de a atrage obiecte mici de fier când sunt aduse în apropierea lui. Aceasta înseamnă că magnetitul înzestrează spaţiul din jurul său cu anumite proprietăţi şi se spune că magnetitul creează câmp magnetic. Câmpul magnetic se manifestă cu intensitate maximă în apropierea unor anumite domenii de pe mineral, dispuse în perechi şi numite poli magnetici.

Se ştie că un câmp electric este descris, în principal, prin intensitatea determinată de forţa ce acţionează asupra unei sarcini q în repaus sau în mişcare. În cele ce urmează se va arăta că un câmp magnetic acţionează asupra sarcinilor electrice numai dacă acestea sunt în mişcare şi viteza lor nu este paralelă cu direcţia câmpului.

Se consideră că printr-un anumit procedeu s-a creat într-un domeniu al spaţiului un câmp magnetic uniform, adică un câmp magnetic care are proprietăţi identice în orice punct al domeniului respectiv. Dacă într-un astfel de câmp se trimite cu viteza , după diverse direcţii, o particulă de masă m şi de sarcină electrică q se constată următoarele (fig. 2.1) :

1) în câmpul magnetic există o direcţie privilegiată după care particula nu-şi modifică vectorul viteză şi deci, asupra ei nu acţionează vreo forţă din partea câmpului (fig. 2.1 a);

2) dacă particula este trimisă în câmp într-o direcţie conţinută într-un plan perpendicular pe direcţia privilegiată, atunci traiectoria particulei devine circulară (fig. 2.1 b), valoarea absolută a vitezei rămânând însă constantă. Aceasta înseamnă că în acest caz, asupra particulei acţionează o forţă constantă şi normală, în fiecare punct, la traiectorie şi la direcţia privilegiată, adică o forţă centripetă. S-a constatat că raza R a traiectoriei circulare este proporţională cu masa m şi cu