Historie
I biografien om Hall nævnes Maxwell, så først en ganske kort biografi om ham:
James Clerk Maxwell
Storbritannien, 1831 - 1879.
Maxwell er særlig kendt for sit arbejde på to områder: For det første kinetisk gasteori, hvor en gas betragtes som en mængde små partikler, der flyver rundt mellem hinanden og vekselvirker ved elastiske stød. For det andet hans sammenfatning af elektricitet og magnetisme i 4 love, der er lige så vigtige i elektricitetens historie, som Newtons love er i mekanikkens historie.
Edwin Herbert Hall
USA, 1855 - 1938.
20 år gammel begyndte han at studere fysik ved John Hopkins graduate school. En af de bøger om elektricitet og magnetisme, han læste, var James Clark Maxwells: A Treatise on Electricity and Magnetism fra 1873.
På det tidspunkt havde det været kendt i ca. et halvt århundrede, at hvis man anbringer en ledning vinkelret på et magnetfelt og sender strøm gennem ledningen, bliver ledningen påvirket af en kraft vinkelret på både ledning og magnetfelt.
Halls lærer, Henry Rowland, foreslog ham, at han i sin phd-afhandling skulle undersøge en påstand om dette fænomen, som Maxwell havde fremsat i sin afhandling. Maxwell mente, at kraften ikke virkede på strømmen, men kun på lederen. Der skulle altså ikke være nogen påvirkning af en ladning, der bevæger sig frit i et magnetfelt. Rowland havde selv prøvet at undersøge påstanden under et besøg hos Helmholtz i 1868, men havde ikke kunnet konkludere hverken for eller imod. Nu foreslog han altså Hall at genoptage undersøgelserne.
Halls første forsøg byggede på følgende antagelse: Hvis selve strømmen bliver forskudt til den ene side af ledningen, når den anbringes i et magnetfelt, må det blive sværere for strømmen at komme igennem, dvs. modstanden i tråden må vokse. Dette undersøgte Hall ved at sende strøm gennem en lille sølvtråd anbragt i et magnetfelt, men han fandt ingen forskel i modstanden, hvad enten magnetfeltet var der eller ej.
Han næste tanke byggede på teorien om elektricitet som en slags usammentrykkelig væske. Hvis magnetfeltet prøvede at presse væsken ud mod den ene side af ledningen, ville der blive et tryk på den side, hvilket måtte kunne måles som en spændingsforskel mellem de to sider.
Han målte nu på en opstilling, hvor strømmen gik gennem en flad metalplade, og hvor magnetfeltet stod vinkelret på pladens største flade. På siderne af pladen målte han spændingsforskel med et følsomt voltmeter (et galvanometer) - men fik ikke udslag på galvanometret. Rowland anbefalede ham at udskifte pladen med et tyndt stykke bladguld anbragt på en glasplade. Med denne forbedring af forsøget kom der et tydeligt udslag på galvanometret. Magnetfeltet påvirker altså strømmen inde i lederen vinkelret på strømmens retning. Maxwells påstand var tilbagevist. Senere fandt Lorentz, at kraften på en ladet partikel med hastighed vinkelret på feltlinjerne er givet ved F = q·v·B (ladning·fart·magnetisk feltstyrke).
Opgave:
Du/I skal forberede et foredrag på ca. 30 minutter om Hall og Hall-effekten.
I din/jeres forberedelse skal indgå
- at du/I læser Halls artikel fra American Journal of Mathematics vol 2 1879: "On a New Action of the Magnet on Electric Currents"
- at du/I læser om Hall-effekten i en gymnasiefysikbog
- at du/I afprøver Halls forsøg med moderne udstyr eller en rekonstruktion af Halls udstyr.
Foredraget skal indeholde følgende:
- en fortælling om Hall og hans forsøg byggende på ovenstående og på Halls egen artikel
- demonstration af Halls forsøg
- gennemgang af den moderne forklaring på Hall-effekten, herunder udledning af en formel til beregning af fluxtætheden ud fra den målte spændingsforskel
- en gennemgang af Halls måleresultater
- sammenligning af Halls resultater med den moderne teori, herunder en forklaring på, hvorfor man bruger halvledermaterialer til at lave Hall-sonder.
Kilder:
- Dictionary of Scientific Biography. Charles Scribner's Sons, New York, 1970-1976.
- E.H. Hall: "On a New Action of the Magnet on Electric Currents". American Journal of Mathematics vol 2, 1879, p.287-292
James Clerk Maxwell
Edwin Herbert Hall
Hall-effekten