Effetto Hall adiabatico negativo e positivo

In un filo percorso da corrente posto in un campo magnetico, viene indotta una tensione in direzione perpendicolare alle direzioni della corrente elettrica e del campo magnetico. Il fenomeno della comparsa di tale tensione è chiamato effetto Hall e la stessa tensione indotta è chiamata tensione Hall.

Nel 1879, il fisico americano Edwin Hall (1855-1938), mentre lavorava alla sua dissertazione, scoprì un effetto interessante. Prese una sottile lastra d'oro che trasportava una corrente continua e la pose in un campo magnetico perpendicolare al piano della lastra. In questo caso, è apparso un campo elettrico aggiuntivo tra i bordi della piastra. Successivamente, questo fenomeno prese il nome dallo scopritore. L'effetto Hall ha trovato ampia applicazione: viene utilizzato per misurare l'induzione di un campo magnetico (sensori Hall), nonché per studiare le proprietà fisiche dei materiali conduttivi (utilizzando l'effetto Hall, è possibile calcolare la concentrazione di portatori di corrente e il loro segno).

Modulo sensore di corrente ad effetto Hall ACS712 5A

Esistono due tipi di portatori di corrente elettrica: portatori positivi che si muovono in una direzione e portatori negativi che si muovono nella direzione opposta.

I portatori negativi che si muovono in una certa direzione attraverso un campo magnetico subiscono una forza che tende a deviare il loro movimento da un percorso rettilineo. I portatori positivi che viaggiano nella direzione opposta attraverso lo stesso campo magnetico vengono deviati nella stessa direzione dei portatori negativi.

Come risultato di una tale deviazione di tutti i portatori di corrente sotto l'influenza delle forze di Lorentz sullo stesso lato del conduttore, viene stabilito un gradiente di popolazione di portatori e su un lato del conduttore il numero di portatori per unità di volume sarà maggiore di dall'altra.

La figura seguente illustra il risultato complessivo di questo processo in presenza di un numero uguale di vettori di due tipi.

Qui, i potenziali gradienti generati dai portatori di due tipi sono diretti l'uno contro l'altro, in modo che la loro influenza non possa essere rilevata se osservata dall'esterno. Se le portanti di un tipo sono più numerose delle portanti di un altro tipo, allora il gradiente della popolazione di portanti genera un potenziale del gradiente di Hall, a seguito del quale è possibile rilevare la tensione di Hall applicata al filo.

Effetto Hall adiabatico negativo. Se solo gli elettroni sono portatori di carica, allora il gradiente di temperatura e il gradiente di potenziale elettrico puntano in direzioni opposte.

Effetto Hall adiabatico. Se solo le lacune sono portatori di carica, allora il gradiente di temperatura e il gradiente di potenziale elettrico puntano nella stessa direzione

Se la corrente attraverso il filo sotto l'influenza della tensione di Hall è impossibile, allora tra dalle forze di Lorentz e attraverso l'equilibrio della tensione di Hall viene stabilito.

In questo caso, le forze di Lorentz tendono a creare un gradiente di popolazione portante lungo il filo, mentre la tensione di Hall tende a ripristinare una distribuzione uniforme della popolazione lungo tutto il volume del filo.

L'intensità (tensione per unità di spessore) del campo elettrico di Hall diretto perpendicolarmente alle direzioni di corrente e campo magnetico è determinata dalla seguente formula:

Fz = KzVJ,

dove K.z — Coefficiente di Hall (il suo segno e il suo valore assoluto possono variare in modo significativo a seconda delle condizioni specifiche); B - induzione magnetica e J è la densità della corrente che scorre nel conduttore (il valore della corrente per unità dell'area della sezione trasversale del conduttore).

La figura mostra un foglio di materiale che conduce una forte corrente i quando le sue estremità sono collegate a una batteria. Se misuriamo la differenza di potenziale tra i lati opposti, ci darà zero, come mostrato nella figura a sinistra. La situazione cambia quando il campo magnetico B viene applicato perpendicolarmente alla corrente nel foglio, vedremo che tra i lati opposti compare una piccolissima differenza di potenziale V3 come mostrato nella figura a destra.

Il termine «adiabatico» è usato per descrivere condizioni in cui non c'è flusso di calore dall'esterno verso o dal sistema considerato.

Ci sono strati di materiale isolante su entrambi i lati del filo per impedire il flusso di calore e corrente nella direzione trasversale.

Poiché la tensione di Hall dipende dalla distribuzione non uniforme dei portatori, può essere mantenuta all'interno del corpo solo se l'energia viene fornita da una fonte esterna al corpo.Questa energia proviene da un campo elettrico che crea una corrente iniziale nella sostanza. In una sostanza galvanomagnetica si stabiliscono due gradienti di potenziale.

Il gradiente di potenziale iniziale è definito come la densità di corrente iniziale moltiplicata per la resistenza della sostanza e il gradiente di potenziale di Hall è definito come la densità di corrente iniziale moltiplicata per il coefficiente di Hall.

Poiché questi due gradienti sono reciprocamente perpendicolari, possiamo considerare la loro somma vettoriale, la cui direzione sarà deviata di un certo angolo dalla direzione della corrente originaria.

Questo angolo, il cui valore è determinato dal rapporto tra le forze del campo elettrico orientato nella direzione della corrente e il campo elettrico generato nella direzione della corrente, è chiamato angolo di Hall. Può essere positivo o negativo rispetto alla direzione della corrente, a seconda di quali portatori sono dominanti: positivi o negativi.

Sensore di prossimità ad effetto Hall

L'effetto Hall si basa sul meccanismo di influenza di un vettore con salinità predominante, che dipende dalle proprietà fisiche generali della sostanza conduttrice. Per i metalli e i semiconduttori di tipo n, gli elettroni sono portatori, per i semiconduttori di tipo p - i fori.

Le cariche che trasportano corrente vengono deviate verso lo stesso lato del filo degli elettroni. Se lacune ed elettroni hanno la stessa concentrazione, generano due tensioni di Hall opposte. Se le loro concentrazioni sono diverse, prevale una di queste due tensioni di Hall e può essere misurata.

Per i portatori positivi, la tensione di Hall richiesta per contrastare le deflessioni dei portatori sotto l'influenza delle forze di Lorentz è opposta alla tensione corrispondente per i portatori negativi. Nei metalli e nei semiconduttori di tipo n, questa tensione può anche cambiare segno quando il campo esterno o la temperatura cambiano.

Un sensore Hall è un dispositivo elettronico progettato per rilevare l'effetto Hall e convertirne i risultati in dati. Questi dati possono essere utilizzati per accendere e spegnere i circuiti, possono essere elaborati da un computer e possono causare vari effetti forniti dal produttore del dispositivo e dal software.

In pratica, i sensori Hall sono microcircuiti semplici ed economici che utilizzano campi magnetici per rilevare variabili come l'avvicinamento, la velocità o lo spostamento di un sistema meccanico.

I sensori Hall sono senza contatto, il che significa che non devono entrare in contatto con alcun elemento fisico e possono generare un segnale digitale o analogico, a seconda del design e dello scopo.

I sensori ad effetto Hall possono essere trovati in telefoni cellulari, dispositivi GPS, bussole, dischi rigidi, motori brushless, catene di montaggio in fabbrica, automobili, dispositivi medici e molti gadget Internet of Things.

Applicazione effetto Hall: Sensori di sala E Misura di grandezze magnetiche