Hall Effectin esitteli amerikkalainen fyysikko Edwin H.Hall vuonna 1879. Se perustuu sähkömagneettisen kentän mittaukseen. Se on myös nimetty tavalliseksi Hall-efektiksi. Kun virtaa kuljettava johdin on kohtisuorassa magneettikenttään, mitattu jännite mitataan suorassa kulmassa virtatielle. Jos virtaus on samanlainen kuin putkessa virtaavan nesteen virtaus. Ensinnäkin sitä sovellettiin kemiallisten näytteiden luokittelussa. Toiseksi sitä sovellettiin vuonna 2004 Hall-efektianturi missä sitä käytettiin magneetin tasavirtakenttien mittaamiseen, missä anturi pidetään paikallaan.
Hall-efektin periaate
Hall-vaikutus määritellään virran johtavan johdon muodostaman jännitteen erona, se on poikittainen johtimen sähkövirralla ja käytetyllä magneettikentällä kohtisuorassa virtaan nähden.
Hall-vaikutus = indusoitu sähkökenttä / virrantiheys * käytetty magneettikenttä - (1)
Hall-ilmiö
Hall-efektin teoria
Sähkövirta määritellään varautuneiden hiukkasten virtaukseksi johtavassa väliaineessa. Virtaavat varaukset voivat olla joko negatiivisesti varautuneita - elektronit e- / positiiviset - reiät + +.
Esimerkki
Harkitse ohutta johtavaa levyä, jonka pituus on L ja kytke levyn molemmat päät paristoon. Jos toinen pää on kytketty pariston positiivisesta päästä levyn toiseen päähän ja toinen pää on kytketty pariston negatiivisesta päästä levyn toiseen päähän. Nyt havaitaan, että tällä hetkellä alkaa virrata negatiivisesta varauksesta levyn positiiviseen päähän. Tämän liikkeen ansiosta syntyy magneettikenttä.
Hall-efektin teoria
Lorentz Force
Esimerkiksi, jos sijoitamme magneettisen paljaan johtimen lähelle, magneettikenttä häiritsee varauksen kantajien magneettikenttää. Tätä voimaa, joka vääristää latauskantajien suuntaa, kutsutaan Lorentz-voimaksi.
Tämän vuoksi elektronit siirtyvät levyn toiseen päähän ja reiät levyn toiseen päähän. Tässä Hall-jännite mitataan levyjen kahden sivun välillä a: lla yleismittari . Tämä vaikutus tunnetaan myös nimellä Hall-efekti. Jos virta on suoraan verrannollinen taipuneisiin elektroneihin, puolestaan verrannollinen molempien levyjen potentiaalieroon.
Suurempana nykyinen suurempi on taipuneet elektronit, joten voimme havaita levyjen suuren potentiaalieron.
Hallin jännite on suoraan verrannollinen sähkövirtaan ja käytettyyn magneettikenttään.
VH = I B / q n d - (kaksi)
I - Anturissa virtaava virta
B - Magneettikentän voimakkuus
q - Lataa
n - latauskantajat tilavuusyksikköä kohti
d - Anturin paksuus
Hall-kertoimen johtaminen
Olkoon virta IX virtatiheys, JX kertaa johtimen korjauspinta-ala wt.
IX = JX wt = n q vx w t ---- (3)
Ohmin lain mukaan kenttä kasvaa myös virran kasvaessa. Mikä annetaan muodossa
JX = σ EX , ---- (4)
Missä σ = materiaalin johtokyky johtimessa.
Tarkasteltaessa yllä olevaa esimerkkiä magneettitangon suorasta kulmasta johtimelle tiedämme, että se kokee Lorentzin voiman. Kun vakaa tila saavutetaan, varausta ei tapahdu mihinkään suuntaan, joka voidaan esittää
EY = Vx Bz , ----- (5)
EY - sähkökenttä / Hall-kenttä y-suunnassa
Bz - magneettikenttä z-suunnassa
VH = - ∫0w EY päivä = - Ey w ———- (6)
VH = - ((1 / n q) IX Bz) / t, ———– (7)
Missä RH = 1 / nq ———— (8)
Hall-efektin yksiköt: m3 / C
Hallin liikkuvuus
µ p tai µ n = σ n RH ———— (9)
Hallin liikkuvuus määritellään niin, että µp tai µn on elektronien ja reikien aiheuttama johtokyky.
Magneettivuon tiheys
Se määritellään magneettivuon määränä alueella, joka on suorassa kulmassa magneettivuon suuntaan nähden.
B = VH d / RH I ——– (1 0)
Hall-vaikutus metallissa ja puolijohteessa
Sähkökentän ja magneettikentän mukaan väliaineessa liikkuvat varainkantajat kokevat jonkin verran vastusta johtuen sironnasta kantajien ja epäpuhtauksien sekä tärinän kohteena olevan materiaalin kantajien ja atomien välillä. Siksi kukin kantaja hajoaa ja menettää energiansa. Mikä voidaan esittää seuraavalla yhtälöllä
Hall-vaikutus-metallissa ja puolijohteet
F hidastunut = - mv / t , ----- (yksitoista)
t = keskimääräinen aika sirontatapahtumien välillä
Newtonsin sekuntilain mukaan
M (dv / dt) = (q (E + v * B) - m v) / t —— (1 2)
m = kantajan massa
Kun vakaa tila tapahtuu, parametri ”v” jätetään huomioimatta
Jos 'B' on z-koordinaatilla, voimme saada joukon 'v' -yhtälöitä
vx = (qT Ex) / m + (qt BZ vy) / m ———– (1 3)
vy = (qT Ey) / m - (qt BZ vx) / m ———— (1 4)
vz = qT Ez / m ---- (viisitoista)
Tiedämme sen Jx = n q vx ————— (1 6)
Korvaamalla yllä olevat yhtälöt voimme muokata sitä
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)
Tiedämme sen
σ n q2 t / m ---- (kaksikymmentä)
σ = johtavuus
t = rentoutumisaika
ja
wc q Bz / m ----- ( kaksikymmentäyksi )
wc = syklotronitaajuus
Syklotronitaajuus määritellään kuten varauksen kiertotaajuus magneettikentässä. Mikä on kentän vahvuus.
Mikä voidaan selittää seuraavissa tapauksissa, jotta tiedetään, onko se vahva ja / tai 't' on lyhyt
Tapaus (i): Jos wc t<< 1
Se osoittaa heikon kentän rajan
Tapaus (ii): Jos wc t >> 1
Se osoittaa vahvaa kenttärajaa.
Edut
Hall-vaikutuksen etuihin kuuluvat seuraavat.
- Toimintanopeus on korkea, ts. 100 kHz
- Toimintajakso
- Kapasiteetti mitata suurta virtaa
- Se voi mitata nollanopeuden.
Haitat
Hall-vaikutuksen haittoja ovat seuraavat.
- Se ei voi mitata yli 10 cm: n virran virtausta
- Lämpötilalla on suuri vaikutus kantajiin, mikä on suoraan verrannollinen
- Jopa ilman magneettikenttää havaitaan pieni jännite, kun elektrodit ovat keskellä.
Hall-efektin sovellukset
Hall-efektin sovellukset sisältävät seuraavat.
- Magneettikentän senori
- Käytetään kertolaskuun
- Tasavirran mittaamiseen se käyttää Hall Effect Tong -testeriä
- Voimme mitata vaihekulmia
- Voimme myös mitata lineaaristen siirtymien anturia
- Avaruusalusten käyttövoima
- Virtalähteen tunnistaminen
Siten Hall-ilmiö perustuu Sähkömagneetti periaate. Täällä olemme nähneet Hall-kertoimen, myös Hall-efektin johtamisen metalleissa ja Puolijohteet . Tässä on kysymys, kuinka Hall-tehoste on käytettävissä nollanopeudella?
