W naszej ofercie: magnesy neodymowe, ferrytowe, AlNiCo, Sm-Co, stoły, chwytaki, separatory magnetyczne.
magnesy neodymowe
magnesy ferrytowe
magnesy magnesy stale
magnes

Nasz sklep internetowy www.MAGNESY.eu

Efekt Halla (klasyczny)

 

Efekt Halla to zjawisko fizyczne, odkryte w 1879 roku przez Edwina H. Halla (wówczas studenta). Polega na tym, że w przewodniku z prądem umieszczonym w polu magnetycznym powstaje poprzeczne do prądu i pola magnetycznego napięcie elektryczne.

Efekt Halla

Efekt Halla : 1. Elektrony, 2. Element Halla, 3. Magnesy, 4. Pole magnetyczne, 5. Źródło zasilania

Niech przewodnik będzie prostopadłościanem o bokach a,b,c takich, że a > b > c. Jeśli wzdłuż przewodnika (równolegle do a) płynie prąd i (nadając nośnikom prądu prędkość unoszenia {\vec v_u}), zaś prostopadle do powierzchni przewodnika (równolegle do c) przebija go pole magnetyczne o indukcji {\vec B}, to na nośniki prądu o ładunku q działa siła Lorentza:

{\vec F} = q {\vec v_u} \times {\vec B}

odchylając te ładunki do jednej ze ścianek. W ten sposób między tą ścianką a ścianką do niej przeciwną wytwarza się różnica gęstości ładunków, a więc i pole elektryczne, które może być przedstawione jako różnica potencjałów natężenie pola elektrycznego {\vec E}, a na kolejne nośniki działa też siła Coulombowska. Wypadkowa siła jest równa:

{\vec F} = q {\vec v_u} \times {\vec B} - q {\vec E}

Ilustracja efektu Halla dla ujemnych (lewa) i dodatnich (prawa) nośników prądu.

Ilustracja efektu Halla dla ujemnych (lewa) i dodatnich (prawa) nośników prądu.

W stanie równowagi, kiedy siła Lorentza i Coulombowska równoważą się. Co prowadzi do równania:

 {\vec v_u} \times {\vec B} = {\vec E}

lub

U_H = \frac{IB}{nqc} = \frac {RIB} c

gdzie:

 

n - koncentracja nośników,
q - ładunek nośnika prądu (elektrony bądź dziury)
c - grubość płytki, wymiar w kierunku pola magnetycznego,
I - natężenie prądu,
R - stała zależna od materiału (tzw. współczynnik Halla).

 

Napięcie UH, powstałe pomiędzy ściankami przewodnika, nazywane jest napięciem Halla. Efekt Halla umożliwia pomiar znaku ładunków poruszających się w przewodniku, ich koncentrację.

Dla znanych materiałów pomiar napięcia Halla pozwala określić wartość indukcji {\vec B} pola magnetycznego, a przyrządy wykorzystujące jego działanie to hallotrony).

Warto wspomnieć, że współcześnie pod nazwą efekt Halla kryją się inne zjawiska o analogicznych skutkach (tj. gromadzenie ładunku na krawędziach próbki), lecz o zasadniczo różnych przyczynach fizycznych. Spotyka się zatem tzw. anomalny efekt Halla, w którym napięcie hallowskie jest proporcjonalne do namagnesowania próbki magnetycznej, przez którą płynie prąd. Znany jest również tzw. spinowy efekt Halla, w którym nie pojawia się elektryczne napięcie hallowskie, ale na krawędziach próbki akumulują się nośniki o dwóch różnych kierunkach spinu. Mechanizm tego zjawiska nie jest do końca poznany.

Efekty towarzyszące

Przy wyprowadzaniu wzoru na napięcie Halla założone zostało, że wszystkie elektrony mają tę samą prędkość. Nie jest to prawda: w istocie prędkość elektronów w ciele stałym opisuje statystyka Fermiego-Diraca. Oznacza to, że część elektronów ma prędkość większą, a część mniejszą od średniej. Na szybsze (a więc cieplejsze) elektrony większy wpływ ma siła Lorentza, na wolniejsze siła Coulomba. To powoduje, że cieplejsze i chłodniejsze elektrony są odchylane ku przeciwnym końcom ciała. To oznacza powstanie gradientu temperatury i dyfuzję elektronów od cieplejszego do chłodniejszego końca. To sprawia, że rzeczywiste napięcie Halla jest mniejsze od wyliczonego. Zjawisko to jest nazywane efektem Ettingshausena.

Żródło: pl.wikipedia.org/wiki/Efekt Halla