Hall Effect představil americký fyzik Edwin H. Hall v roce 1879. Je založen na měření elektromagnetického pole. Je také pojmenován jako obyčejný Hallův efekt. Když je vodič nesoucí proud kolmý na magnetické pole, měří se generované napětí v pravém úhlu k dráze proudu. Kde je proudový tok podobný průtoku kapaliny tekoucí v potrubí. Nejprve byla použita při klasifikaci chemických vzorků. Zadruhé, bylo použitelné v Hallův snímač kde bylo použito k měření stejnosměrných polí magnetu, kde senzor je stacionární.
Princip Hallova jevu
Hallův efekt je definován jako rozdíl napětí generovaného napříč vodičem nesoucím proud, je příčný na elektrický proud ve vodiči a aplikované magnetické pole kolmé na proud.
Hallův efekt = indukované elektrické pole / hustota proudu * aplikované magnetické pole - (1)
Hallův efekt
Teorie Hallova jevu
Elektrický proud je definován jako tok nabitých částic ve vodivém médiu. Poplatky, které tečou, mohou být buď záporně nabité - elektrony „e-“ / kladně nabité - otvory „+“.
Příklad
Zvažte tenkou vodivou desku o délce L a oba konce desky spojte s baterií. Kde je jeden konec připojen od kladného konce baterie k jednomu konci desky a druhý konec je připojen od záporného konce baterie k jinému konci desky. Nyní pozorujeme, že v současné době začíná proudit ze záporného náboje na kladný konec desky. Díky tomuto pohybu je generováno magnetické pole.
teorie Hall-efektu
Lorentzova síla
Například, pokud umístíme magnet poblíž magnetu, magnetické pole naruší magnetické pole nosičů náboje. Tato síla, která narušuje směr nosičů náboje, se nazývá Lorentzova síla.
Díky tomu se elektrony přesunou na jeden konec desky a otvory se přesunou na druhý konec desky. Zde se Hallovo napětí měří mezi dvěma stranami desek s a multimetr . Tento efekt je také známý jako Hallův efekt. Kde je proud přímo úměrný vychýleným elektronům, zase úměrný rozdílu potenciálů mezi oběma deskami.
Čím větší je proud, tím větší jsou vychýlené elektrony, a proto můžeme pozorovat velký rozdíl potenciálů mezi deskami.
Hall napětí je přímo úměrné elektrickému proudu a aplikovanému magnetickému poli.
VH = I B / q n d - (dva)
I - Proud tekoucí senzorem
B - Síla magnetického pole
q - Poplatek
n - nosiče poplatků za jednotku objemu
d - Tloušťka snímače
Odvození Hallova koeficientu
Nechť proud IX je proudová hustota, JX krát korekční plocha vodiče wt.
IX = JX wt = n q vx w t ---- (3)
Podle Ohmova zákona, pokud se zvyšuje proud, zvyšuje se také pole. Který je uveden jako
JX = σ EX , ---- (4)
Kde σ = vodivost materiálu ve vodiči.
Když vezmeme v úvahu výše uvedený příklad umístění magnetické tyče v pravém úhlu k vodiči, víme, že zažívá Lorentzovu sílu. Když je dosaženo ustáleného stavu, nebude v žádném směru proudit náboj, který lze vyjádřit jako,
EY = Vx Bz , ----- (5)
EY - elektrické pole / Hallovo pole ve směru y
Bz - magnetické pole ve směru z
VH = - ∫0w EY day = - Ey w ———- (6)
VH = - ((1 / n q) IX Bz) / t, ———– (7)
Kde RH = 1 / nq ———— (8)
Jednotky Hallova jevu: m3 / C
Hall Mobility
u p nebo u n = σ n R H ———— (9)
Hallova mobilita je definována jako µ p nebo µ n je vodivost v důsledku elektronů a děr.
Hustota magnetického toku
Je definována jako množství magnetického toku v oblasti pod pravým úhlem ke směru magnetického toku.
B = VH d / RH I ——– (1 0)
Hallův efekt v kovech a polovodičích
Podle elektrického pole a magnetického pole mají nosiče náboje, které se pohybují v médiu, určitý odpor kvůli rozptylu mezi nosiči a nečistotami, spolu s nosiči a atomy materiálu, které procházejí vibracemi. Proto se každý nosič rozptyluje a ztrácí svou energii. Což lze vyjádřit následující rovnicí
Hallův efekt v kovech a polovodičích
F retardovaný = - mv / t , ----- (jedenáct)
t = průměrná doba mezi událostmi rozptylu
Podle Newtonova sekundového zákona,
M (dv / dt) = (q (E + v * B) - m v) / t —— (1 2)
m = hmotnost nosiče
Když nastane ustálený stav, bude parametr „v“ zanedbán
Pokud je „B“ podél souřadnice Z, můžeme získat množinu „v“ rovnic
vx = (qT Ex) / m + (qt BZ vy) / m ———– (1 3)
vy = (qT Ey) / m - (qt BZ vx) / m ———— (1 4)
vz = qT Ez / m ---- ( patnáct )
Víme, že Jx = n q vx ————— (1 6)
Dosazením do výše uvedených rovnic jej můžeme upravit jako
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)
Víme, že
σ n q2 t / m ---- (dvacet)
σ = vodivost
t = doba odpočinku
a
wc q Bz / m ----- ( dvacet jedna )
wc = frekvence cyklotronu
Frekvence cyklotronu je definována jako frekvence rotace náboje v magnetickém poli. Což je síla pole.
Což lze vysvětlit v následujících případech, abychom věděli, zda není silný a / nebo „t“ je krátké
Případ (i): Pokud wc t<< 1
Označuje slabý limit pole
Případ ii): Pokud wc t >> 1
Označuje silnou hranici pole.
Výhody
Mezi výhody halového efektu patří následující.
- Rychlost provozu je vysoká, tj. 100 kHz
- Smyčka operací
- Kapacita pro měření velkého proudu
- Může měřit nulovou rychlost.
Nevýhody
Mezi nevýhody Hall-efektu patří následující.
- Nemůže měřit tok proudu větší než 10 cm
- Na nosiče působí velký vliv teploty, který je přímo úměrný
- I při absenci magnetického pole je pozorováno malé napětí, když jsou elektrody vycentrovány.
Aplikace Hallova jevu
Mezi aplikace Hallova efektu patří následující.
- Senzor magnetického pole
- Používá se pro násobení
- Pro měření stejnosměrného proudu používá Tester s Hallovým efektem
- Můžeme měřit fázové úhly
- Můžeme také měřit převodník lineárních posunů
- Pohon kosmické lodi
- Snímání napájení
To znamená, že Hallův efekt je založen na Elektromagnetické zásada. Zde jsme viděli odvození Hallova koeficientu, také Hallova jevu v kovech a Polovodiče . Zde je otázka, jak je Hallův efekt použitelný v režimu nulové rychlosti?
