Kesan Hall negatif dan positif adiabatik

Dalam wayar pembawa arus yang diletakkan dalam medan magnet, voltan teraruh dalam arah yang berserenjang dengan arah arus elektrik dan medan magnet. Fenomena kemunculan voltan sedemikian dipanggil kesan Hall, dan voltan teraruh itu sendiri dipanggil voltan Hall.

Pada tahun 1879, ahli fizik Amerika Edwin Hall (1855-1938), semasa mengerjakan disertasinya, menemui kesan yang menarik. Dia mengambil plat emas nipis yang membawa arus terus dan meletakkannya dalam medan magnet yang berserenjang dengan satah plat itu. Dalam kes ini, medan elektrik tambahan muncul di antara tepi plat. Kemudian, fenomena ini dinamakan sempena penemu. Kesan Hall telah menemui aplikasi yang luas: ia digunakan untuk mengukur aruhan medan magnet (Penderia Hall), serta untuk mengkaji sifat fizikal bahan konduktif (menggunakan kesan Hall, seseorang boleh mengira kepekatan pembawa semasa dan tanda mereka).

Modul Penderia Kesan Arus Dewan ACS712 5A

Terdapat dua jenis pembawa arus elektrik—pembawa positif bergerak ke satu arah dan pembawa negatif bergerak ke arah bertentangan.

Pembawa negatif yang bergerak ke arah tertentu melalui medan magnet mengalami daya yang cenderung untuk mengalihkan gerakan mereka dari jalan lurus. Pembawa positif yang bergerak dalam arah yang bertentangan melalui medan magnet yang sama dipesongkan ke arah yang sama dengan pembawa negatif.

Hasil daripada sisihan semua pembawa semasa di bawah pengaruh daya Lorentz ke bahagian konduktor yang sama, kecerunan populasi pembawa diwujudkan, dan pada satu bahagian konduktor bilangan pembawa per unit isipadu akan lebih besar daripada pada yang lain.

Rajah di bawah menggambarkan hasil keseluruhan proses ini apabila terdapat bilangan pembawa dua jenis yang sama.

Di sini, kecerunan berpotensi yang dijana oleh pembawa dua jenis diarahkan antara satu sama lain, supaya pengaruhnya tidak dapat dikesan apabila diperhatikan dari luar. Jika pembawa satu jenis lebih banyak daripada pembawa jenis lain, maka kecerunan populasi pembawa menjana potensi kecerunan Hall, akibatnya voltan Hall yang digunakan pada wayar dapat dikesan.

Kesan Hall negatif adiabatik. Jika hanya elektron adalah pembawa cas, maka kecerunan suhu dan titik kecerunan potensi elektrik dalam arah yang bertentangan.

Kesan Dewan Adiabatik. Jika hanya lubang adalah pembawa cas, maka kecerunan suhu dan kecerunan potensi elektrik titik ke arah yang sama

Sekiranya arus melalui wayar di bawah pengaruh voltan Hall adalah mustahil, maka antara oleh pasukan Lorentz dan melalui keseimbangan voltan Dewan ditubuhkan.

Dalam kes ini, daya Lorentz cenderung untuk mencipta kecerunan populasi pembawa di sepanjang wayar, manakala voltan Hall cenderung untuk memulihkan taburan populasi seragam di seluruh isipadu wayar.

Kekuatan (voltan per unit ketebalan) medan elektrik Dewan yang diarahkan berserenjang dengan arus d dan arah medan magnet ditentukan oleh formula berikut:

Fz = KzVJ,

di mana K.z — Pekali dewan (tanda dan nilai mutlaknya boleh berbeza-beza dengan ketara bergantung pada keadaan tertentu); B - aruhan magnet dan J ialah ketumpatan arus yang mengalir dalam konduktor (nilai arus per unit luas keratan rentas konduktor).

Rajah menunjukkan kepingan bahan yang mengalirkan arus kuat i apabila hujungnya disambungkan kepada bateri. Jika kita mengukur beza potensi antara sisi bertentangan, ia akan memberi kita sifar, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di sebelah kiri. Keadaan berubah apabila medan magnet B digunakan berserenjang dengan arus dalam helaian, kita akan melihat bahawa perbezaan potensi yang sangat kecil V3 muncul di antara sisi bertentangan seperti yang ditunjukkan dalam rajah di sebelah kanan.

Istilah «adiabatik» digunakan untuk menerangkan keadaan di mana tiada aliran haba dari luar ke atau dari sistem yang sedang dipertimbangkan.

Terdapat lapisan bahan penebat pada kedua-dua belah wayar untuk menghalang pengaliran haba dan arus dalam arah melintang.

Memandangkan voltan Hall bergantung pada pengagihan pembawa yang tidak sekata, ia hanya boleh dikekalkan di dalam badan jika tenaga dibekalkan dari beberapa sumber luar ke badan.Tenaga ini datang daripada medan elektrik yang menghasilkan arus awal dalam bahan. Dua kecerunan berpotensi ditubuhkan dalam bahan galvanomagnetik.

Kecerunan potensi awal ditakrifkan sebagai ketumpatan arus awal didarab dengan rintangan bahan, dan kecerunan potensi Hall ditakrifkan sebagai ketumpatan arus awal didarab dengan pekali Hall.

Oleh kerana kedua-dua kecerunan ini saling berserenjang, kita boleh mempertimbangkan jumlah vektornya, yang arahnya akan diseleweng oleh beberapa sudut dari arah arus asal.

Sudut ini, nilai yang ditentukan oleh nisbah daya medan elektrik yang berorientasikan arah arus dan medan elektrik yang dihasilkan dalam arah arus, dipanggil sudut Hall. Ia boleh menjadi positif atau negatif berkenaan dengan arah arus, bergantung pada pembawa yang dominan—positif atau negatif.

Penderia Kehampiran Kesan Dewan

Kesan Hall adalah berdasarkan mekanisme pengaruh pembawa dengan kemasinan utama, yang bergantung pada sifat fizikal umum bahan pengalir. Untuk logam dan semikonduktor jenis-n, elektron adalah pembawa, untuk semikonduktor jenis-p - lubang.

Caj pembawa arus terpesong ke sisi wayar yang sama dengan elektron. Jika lubang dan elektron mempunyai kepekatan yang sama, ia menghasilkan dua voltan Hall yang bertentangan. Jika kepekatannya berbeza, maka salah satu daripada dua voltan Hall ini mendominasi dan boleh diukur.

Bagi pembawa positif, voltan Hall yang diperlukan untuk mengatasi pesongan pembawa di bawah pengaruh daya Lorentz adalah bertentangan dengan voltan sepadan untuk pembawa negatif. Dalam logam dan semikonduktor jenis-n, voltan ini mungkin bertukar tanda apabila medan luaran atau suhu berubah.

Penderia Hall ialah peranti elektronik yang direka untuk mengesan kesan Hall dan menukar hasilnya kepada data. Data ini boleh digunakan untuk menghidupkan dan mematikan litar, boleh diproses oleh komputer, dan boleh menyebabkan pelbagai kesan yang disediakan oleh pengeluar peranti dan perisian.

Dalam amalan, penderia Hall adalah litar mikro yang mudah dan murah yang menggunakan medan magnet untuk mengesan pembolehubah seperti pendekatan, kelajuan atau anjakan sistem mekanikal.

Penderia dewan adalah bukan hubungan, yang bermaksud bahawa ia tidak perlu bersentuhan dengan mana-mana elemen fizikal. Ia boleh menjana isyarat digital atau analog, bergantung pada reka bentuk dan tujuannya.

Penderia kesan dewan boleh didapati dalam telefon bimbit, peranti GPS, kompas, pemacu keras, motor tanpa berus, talian pemasangan kilang, kereta, peranti perubatan dan banyak alat Internet of Things.

Aplikasi Kesan Dewan: Penderia dewan dan Pengukuran kuantiti magnetik