Το Hall Effect εισήχθη από έναν Αμερικανό Φυσικό Edwin H.Hall το έτος 1879. Βασίζεται στη μέτρηση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Ονομάζεται επίσης ως συνηθισμένο εφέ Hall. Όταν ένας αγωγός μεταφοράς ρεύματος είναι κάθετος σε ένα μαγνητικό πεδίο, μια τάση που δημιουργείται μετράται σε ορθή γωνία προς την τρέχουσα διαδρομή. Όπου η ροή ρεύματος είναι παρόμοια με εκείνη του υγρού που ρέει σε σωλήνα. Αρχικά εφαρμόστηκε στην ταξινόμηση των χημικών δειγμάτων. Δεύτερον, εφαρμόστηκε το Αισθητήρας Hall Effect όπου χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση πεδίων DC του μαγνήτη, όπου ο αισθητήρας διατηρείται ακίνητο.
Αρχή του Hall Effect
Το Hall Effect ορίζεται ως η διαφορά στην τάση που δημιουργείται σε έναν αγωγό μεταφοράς ρεύματος, είναι εγκάρσιο σε ένα ηλεκτρικό ρεύμα στον αγωγό και ένα εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο κάθετο προς το ρεύμα.
Hall Effect = επαγόμενο ηλεκτρικό πεδίο / πυκνότητα ρεύματος * το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο - (1)
εφέ αιθουσών
Θεωρία του Hall Effect
Το ηλεκτρικό ρεύμα ορίζεται ως η ροή φορτισμένων σωματιδίων σε ένα αγώγιμο μέσο. Τα φορτία που ρέουν μπορούν είτε να είναι αρνητικά - Ηλεκτρόνια «e-» / Θετική φόρτιση - Τρύπες «+».
Παράδειγμα
Εξετάστε μια λεπτή αγώγιμη πλάκα μήκους L και συνδέστε και τα δύο άκρα μιας πλάκας με μια μπαταρία. Όπου ένα άκρο συνδέεται από το θετικό άκρο μιας μπαταρίας στο ένα άκρο της πλάκας και ένα άλλο άκρο συνδέεται από το αρνητικό άκρο μιας μπαταρίας με ένα άλλο άκρο της πλάκας. Τώρα παρατηρούμε ότι αυτή τη στιγμή αρχίζει να ρέει από αρνητικό φορτίο στο θετικό άκρο της πλάκας. Λόγω αυτής της κίνησης, δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο.
θεωρία-της-αίθουσας-επίδρασης
Lorentz Force
Για παράδειγμα, εάν τοποθετήσουμε ένα μαγνητικό γυμνό κοντά στον αγωγό, το μαγνητικό πεδίο θα διαταράξει το μαγνητικό πεδίο των φορέων φόρτισης. Αυτή η δύναμη που παραμορφώνει την κατεύθυνση των φορέων φορτίου είναι γνωστή ως δύναμη Lorentz.
Λόγω αυτού, τα ηλεκτρόνια θα κινούνται στο ένα άκρο της πλάκας και οι οπές θα κινούνται στο άλλο άκρο της πλάκας. Εδώ μετράται η τάση Hall μεταξύ των δύο πλευρών των πλακών με ένα πολύμετρο . Αυτό το εφέ είναι επίσης γνωστό ως Hall Effect. Όπου το ρεύμα είναι άμεσα ανάλογο με τα παραμορφωμένα ηλεκτρόνια με τη σειρά του ανάλογο με τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο πλακών.
Όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα μεγαλύτερο είναι τα παραμορφωμένα ηλεκτρόνια και ως εκ τούτου μπορούμε να παρατηρήσουμε την υψηλή διαφορά δυναμικού μεταξύ των πλακών.
Το Hall Voltage είναι άμεσα ανάλογο με το ηλεκτρικό ρεύμα και το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο.
VH = I B / q n δ -- ( δύο )
I - Ρεύμα ρεύματος στον αισθητήρα
Β - Δύναμη μαγνητικού πεδίου
q - Φόρτιση
n - φορτιστές ανά μονάδα όγκου
d - Πάχος του αισθητήρα
Παράγωγο συντελεστή Hall
Αφήστε το ρεύμα IX να είναι τρέχουσα πυκνότητα, JX επί τη διορθωτική περιοχή του αγωγού wt.
IX = JX wt = n q vx β ---- (3)
Σύμφωνα με το νόμο του Ohms, εάν αυξάνεται το ρεύμα, το πεδίο αυξάνεται επίσης. Το οποίο δίνεται ως
JX = σ EX , ---- (4)
Όπου σ = αγωγιμότητα του υλικού στον αγωγό.
Εξετάζοντας το παραπάνω παράδειγμα τοποθέτησης μαγνητικής ράβδου σε ορθή γωνία με τον αγωγό, γνωρίζουμε ότι βιώνει δύναμη Lorentz. Όταν επιτευχθεί σταθερή κατάσταση δεν θα υπάρχει ροή φορτίου προς οποιαδήποτε κατεύθυνση που μπορεί να αναπαρασταθεί ως,
EY = Vx Bz , ----- (5)
EY - ηλεκτρικό πεδίο / πεδίο Hall στην κατεύθυνση y
Bz - μαγνητικό πεδίο στην κατεύθυνση z
VH = - ∫0w EY ημέρα = - Ey w ———- (6)
VH = - ((1 / n q) IX Bz) / t, ———– (7)
Όπου RH = 1 / nq ———— (8)
Μονάδες Hall Effect: m3 / C
Κινητικότητα αιθουσών
µ p ή µ n = σ n R H ———— (9)
Η κινητικότητα των αιθουσών ορίζεται ως μ p ή το μ n είναι αγωγιμότητα λόγω ηλεκτρονίων και οπών.
Πυκνότητα μαγνητικής ροής
Ορίζεται ως η ποσότητα της μαγνητικής ροής σε μια περιοχή που λαμβάνεται κάθετα προς την κατεύθυνση της μαγνητικής ροής.
B = VH d / RH Ι ——– (1 0)
Εφέ Hall σε μέταλλα και ημιαγωγούς
Σύμφωνα με το ηλεκτρικό πεδίο και το μαγνητικό πεδίο, οι φορείς φόρτισης που κινούνται στο μέσο παρουσιάζουν κάποια αντίσταση λόγω της διασποράς μεταξύ φορέων και ακαθαρσιών, μαζί με φορείς και άτομα υλικού που υφίστανται δονήσεις. Ως εκ τούτου, κάθε φορέας διασκορπίζεται και χάνει την ενέργειά του. Το οποίο μπορεί να αναπαρασταθεί με την ακόλουθη εξίσωση
hall-effect-in-metals-and-semiconductors
F καθυστέρηση = - mv / t , ----- ( έντεκα )
t = μέσος χρόνος μεταξύ συμβάντων σκέδασης
Σύμφωνα με το νόμο του Newtons seconds,
M (dv / dt) = (q (E + v * B) - m v) / t —— (1 2)
m = μάζα του φορέα
Όταν συμβαίνει μια σταθερή κατάσταση, η παράμετρος «v» θα παραμεληθεί
Εάν το «B» είναι κατά μήκος της συντεταγμένης z μπορούμε να αποκτήσουμε ένα σύνολο εξισώσεων «v»
vx = (qT Ex) / m + (qt BZ vy) / m ———– (1 3)
vy = (qT Ey) / m - (qt BZ vx) / m ———— (1 4)
vz = qT Ez / m ---- (δεκαπέντε)
Ξέρουμε ότι Jx = n q vx ————— (1 6)
Αντικαθιστώντας στις παραπάνω εξισώσεις μπορούμε να το τροποποιήσουμε ως
Jx = (σ / (1 + (wc t) 2)) (Ex + wc t Ey) ———– (1 7)
J y = (σ * (Ey - wc t Ex) / (1 + (wc t) 2 ) ———- (1 8)
Jz = σ Ez ———— (1 9)
Ξέρουμε ότι
σ n q2 t / m ---- ( είκοσι )
σ = αγωγιμότητα
t = χρόνος χαλάρωσης
και
wc q Bz / m ----- ( είκοσι ένα )
wc = συχνότητα κυκλοτρονίων
Η συχνότητα του κυκλώτρου ορίζεται ως η συχνότητα περιστροφής ενός φορτίου μαγνητικού πεδίου. Ποια είναι η δύναμη του γηπέδου.
Ποια μπορεί να εξηγηθεί στις ακόλουθες περιπτώσεις για να γνωρίζουμε αν δεν είναι ισχυρή και / ή «t» είναι σύντομη
Περίπτωση (i): Εάν wc t<< 1
Δείχνει ένα αδύναμο όριο πεδίου
Περίπτωση (ii): Εάν wc t >> 1
Δείχνει ένα ισχυρό όριο πεδίου.
Πλεονεκτήματα
Τα πλεονεκτήματα του hall-effect περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Η ταχύτητα λειτουργίας είναι υψηλή, δηλαδή 100 kHz
- Βρόχος λειτουργιών
- Ικανότητα μέτρησης μεγάλου ρεύματος
- Μπορεί να μετρήσει τη μηδενική ταχύτητα.
Μειονεκτήματα
Τα μειονεκτήματα του hall-effect περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Δεν μπορεί να μετρήσει τη ροή ρεύματος μεγαλύτερη από 10 εκατοστά
- Υπάρχει μεγάλη επίδραση της θερμοκρασίας στους φορείς, η οποία είναι άμεσα ανάλογη
- Ακόμη και απουσία μαγνητικού πεδίου παρατηρείται μικρή τάση όταν τα ηλεκτρόδια είναι στο κέντρο.
Εφαρμογές του Hall Effect
Οι εφαρμογές του hall-effect περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Γερουσιαστής μαγνητικού πεδίου
- Χρησιμοποιείται για πολλαπλασιασμό
- Για μέτρηση συνεχούς ρεύματος, χρησιμοποιεί Hall Effect Tong Tester
- Μπορούμε να μετρήσουμε τις γωνίες φάσης
- Μπορούμε επίσης να μετρήσουμε τον μορφοτροπέα γραμμικών μετατοπίσεων
- Πρόωση διαστημικού σκάφους
- Ανίχνευση τροφοδοσίας
Έτσι, το Εφέ αίθουσας βασίζεται στο Ηλεκτρομαγνητικός αρχή. Εδώ έχουμε δει την παραγωγή του συντελεστή Hall, επίσης Hall Effect στα μέταλλα και Ημιαγωγοί . Εδώ είναι μια ερώτηση, Πώς εφαρμόζεται το Hall Effect στη λειτουργία μηδενικής ταχύτητας;
