실험을 통하여 홀 효과(Hall effect) 관측하기 지도교사 : 연정희 초당고등학교 2학년 팀명 : EFFECT 이성원, 권남주, 이요셉, 양한솔
목 차 연구 동기 연구 목적 및 내용 선행 연구 고찰 연구 절차 가설 연구 방법 연구 가치
연구 동기 금속의 전자 특성을 이해하고 그 후 반도체의 발견에 따라 엄청난 영향을 주어온 홀 전압, 홀 효과가 학교에서도 적은 예산을 이용한 실험을 통해 관찰할 수 있는 방안을 찾아보기 위하여 연구를 진행하게 되었다.
연구 목적 및 내용 - 연구목적 홀 전압, 홀 효과를 최대한 적은 예산을 이용하여 학교에서도 충분히 홀 전압, 홀 효과를 관측할 수 있는 방안을 찾아보기. - 연구내용 도선(저항 값이 작음)의 두께를 최대한 얇은 것을 사용하고 전류와 자기장의 세기를 최대한 키운다면 학교에서도 충분히 홀 전압, 홀 효과를 관찰할 수 있다.
선행 연구 고찰 홀 효과 (Hall effect) 홀 전압 (Hall voltage) B: 외부 자기장 v: 전자의 이동속도 F: 전자가 받는 힘 F e :페르미 에너지 H V :홀 전압 홀 효과 (Hall effect) 자기력에 의해 움직이고 있던 전하들은 균일했던 상태에서 벗어나 한 쪽에 쌓이게 되면 이들 전하에 의해서 내부에 전기마당이 생겨나 더 이상의 전하가 쌓이는 것을 억제하게 된다. 결국 충분한 시간이 지나면 평형상태에 도달하게 되는 효과 홀 전압 (Hall voltage) 도체의 한 측면에 전하가 누적되면 반대 측에는 반대 전하가 남게 되고 따라서 전위차를 발생시킨다.
연구 절차 도선의 양쪽 끝의 전위차를 확인할 수 있는 방법논의하기 도선이 자기장에 의해 생기는 자기력 외의 조건에 최대한 적게 영향을 받을 수 있는 방법을 논의하기 자기장의 크기, 전류의 크기를 키우는 방법 찾기 우리가 도선 양쪽 끝의 전위차를 측정할 수 있으되 최대한 얇은 도선(저항 값이 작음)을 찾아보기 논의한 내용과 찾거나 만들어낸 자기장, 전류, 도선을 이용하여 홀 전압, 홀 효과를 관찰할 수 있는지 실험해 보기 실험에 실패할 경우 처음으로 돌아가서 다른 방안을 마련하기 성공을 할 경우 성공한 방안을 토대로 조금 더 나은 방안을 연구한다.
가설 충분히 큰 자기장과 전류가 있고 충분히 얇은 도선(저항 값이 작음)이 있다면 도선이 외부로부터 받는 영향력을 최소화 시켰을 때 홀 전압을 측정할 수 있으며 홀 전압이 측정되었다면 홀 효과는 관찰할 수 있다.
연구 방법 도선에 전압을 걸어 전자를 한 방향으로 운동하게 한다. 자기장을 이용하여 전자에 자기력을 준다. 충분한 시간이 흐른 뒤에 도선의 양쪽 끝의 전위차를 측정한다. 전위차가 있다면 충분한 시간이 흐른 후에 다시 한 번 전위차를 측정한다.
연구 가치 과학 중점 학교처럼 과학 수업에 치중하는 학교에서 물리 수업 때 고급 물리 같은 심화된 내용을 다룰 경우 홀 전압, 홀 효과를 수업할 때가 있을 것이다. 이 때 말로 설명하는 것보다 실험을 통해 설명을 한다면 학생들이 이해하기 쉬울 것이다.