L'effetto Hall è stato introdotto da un fisico americano Edwin H.Hall nell'anno 1879. Si basa sulla misurazione del campo elettromagnetico. È anche chiamato effetto Hall ordinario. Quando un conduttore che trasporta corrente è perpendicolare a un campo magnetico, una tensione generata viene misurata ad angolo retto rispetto al percorso della corrente. Dove il flusso di corrente è simile a quello del liquido che scorre in un tubo. In primo luogo è stato applicato nella classificazione dei campioni chimici. In secondo luogo, era applicabile in Sensore ad effetto hall dove è stato utilizzato per misurare i campi CC del magnete, dove il sensore è mantenuto fermo.
Principio dell'effetto Hall
L'effetto Hall è definito come la differenza di tensione generata attraverso un conduttore che trasporta corrente, è trasversale a una corrente elettrica nel conduttore e un campo magnetico applicato perpendicolare alla corrente.
Effetto Hall = campo elettrico indotto / densità di corrente * campo magnetico applicato - (1)
effetto Hall
Teoria dell'effetto Hall
La corrente elettrica è definita come il flusso di particelle cariche in un mezzo conduttore. Le cariche che fluiscono possono essere caricate negativamente - elettroni 'e-' / caricate positive - fori '+'.
Esempio
Considera una sottile piastra conduttrice di lunghezza L e collega entrambe le estremità di una piastra con una batteria. Dove un'estremità è collegata dall'estremità positiva di una batteria a un'estremità della piastra e un'altra estremità è collegata dall'estremità negativa di una batteria a un'altra estremità della piastra. Ora osserviamo che attualmente inizia a fluire dalla carica negativa all'estremità positiva della piastra. A causa di questo movimento, viene generato un campo magnetico.
teoria dell'effetto hall
Lorentz Force
Ad esempio, se posizioniamo un nudo magnetico vicino al conduttore, il campo magnetico disturberà il campo magnetico dei portatori di carica. Questa forza che distorce la direzione dei portatori di carica è nota come forza di Lorentz.
A causa di ciò, gli elettroni si sposteranno su un'estremità della piastra e i fori si sposteranno su un'altra estremità della piastra. Qui la tensione di Hall viene misurata tra due lati delle piastre con a multimetro . Questo effetto è noto anche come effetto Hall. Dove la corrente è direttamente proporzionale agli elettroni deviati a sua volta proporzionale alla differenza di potenziale tra le due piastre.
Maggiore è la corrente maggiore è la deviazione degli elettroni e quindi possiamo osservare l'elevata differenza di potenziale tra le piastre.
La tensione di Hall è direttamente proporzionale alla corrente elettrica e al campo magnetico applicato.
VH = I B / q n d -- ( Due )
I - Corrente che scorre nel sensore
B - Intensità del campo magnetico
q - Carica
n - portatori di carica per volume unitario
d - Spessore del sensore
Derivazione del coefficiente di Hall
Lascia che la corrente IX sia la densità di corrente, JX volte l'area correttiva del conduttore wt.
IX = JX wt = n q vx w t ---- (3)
Secondo la legge di Ohms, se la corrente aumenta, aumenta anche il campo. Che è dato come
JX = σ EX , ---- (4)
Dove σ = conducibilità del materiale nel conduttore.
Considerando l'esempio sopra di posizionare una barra magnetica ad angolo retto rispetto al conduttore, sappiamo che subisce la forza di Lorentz. Quando viene raggiunto uno stato stazionario, non ci sarà flusso di carica in nessuna direzione che può essere rappresentata come,
EY = Vx Bz , ----- (5)
EY - campo elettrico / campo di Hall nella direzione y
Bz - campo magnetico nella direzione z
VH = - ∫0w EY giorno = - Ey w ———- (6)
VH = - ((1 / n q) IX Bz) / t, ———– (7)
Dove RH = 1 / nq ———— (8)
Unità di effetto Hall: m3 / C
Hall Mobility
µ p oppure µ n = σ n R H ———— (9)
La mobilità di Hall è definita come µ p o µ n è la conduttività dovuta a elettroni e lacune.
Densità del flusso magnetico
È definita come la quantità di flusso magnetico in un'area presa ad angolo retto rispetto alla direzione del flusso magnetico.
B = VH d / RH I ——– (1 0)
Effetto Hall nei metalli e nei semiconduttori
A seconda del campo elettrico e del campo magnetico, i portatori di carica che si muovono nel mezzo subiscono una certa resistenza a causa della dispersione tra i portatori e le impurità, insieme ai portatori e agli atomi di materiale che subiscono vibrazioni. Quindi ogni vettore disperde e perde la sua energia. Che può essere rappresentato dalla seguente equazione
effetto-hall-in-metalli-e-semiconduttori
F ritardato = - mv / t , ----- ( undici )
t = tempo medio tra eventi di scattering
Secondo la legge sui secondi di Newton,
M (dv / dt) = (q (E + v * B) - m v) / t —— (1 2)
m = massa del vettore
Quando si verifica uno stato stazionario, il parametro 'v' verrà trascurato
Se 'B' è lungo la coordinata z, possiamo ottenere un insieme di equazioni '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 ---- (quindici)
Lo sappiamo Jx = n q vx ————— (1 6)
Sostituendo nelle equazioni precedenti possiamo modificarlo come
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)
Lo sappiamo
σ n q2 t / m ---- (venti)
σ = conducibilità
t = tempo di rilassamento
e
wc q Bz / m ----- ( ventuno )
wc = frequenza del ciclotrone
La frequenza del ciclotrone è definita come in una frequenza del campo magnetico di rotazione di una carica. Qual è la forza del campo.
Che può essere spiegato nei seguenti casi per sapere se non è forte e / o 't' è breve
Caso (i): se wc t<< 1
Indica un limite di campo debole
Caso (ii): Se wc t >> 1
Indica un forte limite di campo.
Vantaggi
I vantaggi dell'effetto hall includono quanto segue.
- La velocità di funzionamento è alta, ovvero 100 kHz
- Ciclo di operazioni
- Capacità di misurare grandi correnti
- Può misurare la velocità zero.
Svantaggi
Gli svantaggi dell'effetto hall includono quanto segue.
- Non può misurare il flusso di corrente superiore a 10 cm
- C'è un grande effetto della temperatura sui portatori, che è direttamente proporzionale
- Anche in assenza di un campo magnetico si osserva una piccola tensione quando gli elettrodi sono centrati.
Applicazioni dell'effetto Hall
Le applicazioni dell'effetto hall includono quanto segue.
- Sensore di campo magnetico
- Usato per la moltiplicazione
- Per la misurazione della corrente continua, utilizza il tester Hall Effect Tong
- Possiamo misurare gli angoli di fase
- Possiamo anche misurare trasduttori di spostamenti lineari
- Propulsione di veicoli spaziali
- Rilevamento dell'alimentazione
Quindi, il Effetto Hall è basato su Elettromagnetico principio. Qui abbiamo visto la derivazione di Hall Coefficient, anche Hall Effect in Metals e Semiconduttori . Ecco una domanda: come è applicabile l'effetto Hall nel funzionamento a velocità zero?
