Lawrence force at galvanomagnetic effect

Mga puwersang inilapat sa paglipat ng mga sisingilin na particle

Kung ang isang particle na may kuryente ay gumagalaw sa isang nakapalibot na magnetic field, kung gayon ang panloob na magnetic field ng gumagalaw na particle na iyon at ang nakapaligid na field ay nakikipag-ugnayan, na bumubuo ng puwersa na inilapat sa particle. Ang puwersang ito ay may posibilidad na baguhin ang direksyon ng paggalaw ng butil. Ang nag-iisang gumagalaw na particle na may electric charge ang nagiging sanhi ng paglitaw Bio-Savara magnetic field.

Bagama't ang Bio-Savart field, sa mahigpit na pagsasalita, ay nabuo lamang sa pamamagitan ng isang walang katapusan na mahabang wire kung saan maraming mga charged na particle ang gumagalaw, ang cross-section ng magnetic field sa paligid ng trajectory ng isang indibidwal na particle na dumadaan sa particle na iyon ay may parehong circular configuration.

Gayunpaman, ang field ng Bio-Savart ay pare-pareho sa parehong espasyo at oras, at ang field ng isang indibidwal na particle na sinusukat sa isang partikular na punto sa espasyo ay nagbabago habang gumagalaw ang particle.

Tinukoy ng batas ni Lorentz ang puwersa na kumikilos sa isang gumagalaw na particle na may kuryente sa isang magnetic field:

F=kQB (dx/dt),

kung saan B - ang electric charge ng particle; Ang B ay ang induction ng panlabas na magnetic field kung saan gumagalaw ang particle; dx/dt — bilis ng mga particle; F - ang nagresultang puwersa sa butil; k - pare-pareho ng proporsyonalidad.

Ang magnetic field na nakapalibot sa trajectory ng electron ay nakadirekta sa clockwise kapag tiningnan mula sa rehiyon na papalapit na electron. Sa ilalim ng mga kondisyon ng paggalaw ng elektron, ang magnetic field nito ay nakadirekta laban sa panlabas na patlang, na nagpapahina nito sa ibabang bahagi ng rehiyon na ipinakita, at nag-tutugma sa panlabas na larangan, na nagpapalakas nito sa itaas na bahagi.

Ang parehong mga kadahilanan ay nagreresulta sa isang pababang puwersa na inilapat sa elektron. Sa isang tuwid na linya na tumutugma sa direksyon ng panlabas na larangan, ang magnetic field ng elektron ay nakadirekta sa tamang mga anggulo sa panlabas na larangan. Sa ganoong magkaparehong patayong direksyon ng mga patlang, ang kanilang pakikipag-ugnayan ay hindi bumubuo ng anumang pwersa.

Sa madaling salita, kung ang isang negatibong sisingilin na particle ay gumagalaw mula kaliwa hanggang kanan sa isang eroplano at ang panlabas na magnetic field ay itinuro ng tagamasid sa lalim ng scheme, kung gayon ang puwersa ng Lorentz na inilapat sa particle ay nakadirekta mula sa itaas hanggang sa ibaba.

Mga puwersang kumikilos sa isang particle na may negatibong charge na ang tilapon ay nakadirekta patayo sa vector ng puwersa ng panlabas na magnetic field

Ang kapangyarihan ni Lawrence

Ang isang wire na gumagalaw sa kalawakan ay tumatawid sa mga linya ng puwersa ng magnetic field na umiiral sa puwang na ito, bilang isang resulta kung saan ang isang tiyak na mechanical coercive field ay kumikilos sa mga electron sa loob ng wire.

Ang paggalaw ng mga electron sa pamamagitan ng magnetic field ay nangyayari kasama ng wire.Ang paggalaw na ito ay maaaring paghigpitan ng pagkilos ng anumang pwersa na humahadlang sa paggalaw ng konduktor; gayunpaman, sa direksyon ng paglalakbay ng wire, ang mga electron ay hindi apektado ng electrical resistance.

Sa pagitan ng dalawang dulo ng naturang wire, nabuo ang isang boltahe ng Lorentz, na proporsyonal sa bilis ng paggalaw at magnetic induction. Ang mga puwersa ng Lorentz ay naglilipat ng mga electron sa kahabaan ng kawad sa isang direksyon, na nagreresulta sa mas maraming mga electron na naipon sa isang dulo ng kawad kaysa sa isa.

Ang boltahe na nabuo sa pamamagitan ng paghihiwalay na ito ng mga singil ay may posibilidad na ibalik ang mga electron sa isang pare-parehong pamamahagi at kalaunan ay naitatag ang equilibrium habang pinapanatili ang isang tiyak na boltahe na proporsyonal sa bilis ng kawad. Kung lumikha ka ng mga kondisyon kung saan ang kasalukuyang ay maaaring dumaloy sa wire, pagkatapos ay isang boltahe ang itatatag sa circuit na kabaligtaran sa orihinal na boltahe ng Lorentz.

Ang larawan ay nagpapakita ng isang pang-eksperimentong setup upang ipakita ang puwersa ng Lorentz. Kaliwang larawan: kung ano ang hitsura nito Kanan: Lorentz force effect. Ang isang electron ay lumilipad mula sa kanang dulo patungo sa kaliwa. Ang magnetic force ay tumatawid sa landas ng paglipad at pinalihis ang electron beam pababa.

Dahil ang isang electric current ay isang nakaayos na paggalaw ng mga singil, ang epekto ng isang magnetic field sa isang kasalukuyang nagdadala ng conductor ay ang resulta ng pagkilos nito sa mga indibidwal na gumagalaw na singil.

Ang pangunahing aplikasyon ng puwersa ng Lorentz ay sa mga de-koryenteng makina (mga generator at motor).

Ang puwersa na kumikilos sa isang kasalukuyang nagdadala ng conductor sa isang magnetic field ay katumbas ng vector sum ng Lorentz forces na kumikilos sa bawat charge carrier. Ang puwersang ito ay tinatawag na puwersa ng Ampere, i.e.Ang puwersa ng ampere ay katumbas ng kabuuan ng lahat ng pwersa ng Lorentz na kumikilos sa isang conductor na nagdadala ng kasalukuyang. Tingnan mo: Batas ng Ampere

Mga epekto ng galvanomagnetic

Ang iba't ibang mga kahihinatnan ng pagkilos ng mga puwersa ng Lorentz, na nagiging sanhi ng isang paglihis ng tilapon ng mga negatibong sisingilin na mga particle - mga electron, habang gumagalaw sa mga solido, ay tinatawag na mga epekto ng galvanomagnetic.

Kapag ang isang electric current ay dumadaloy sa isang solidong wire na inilagay sa isang magnetic field, ang mga electron na nagdadala ng kasalukuyang iyon ay pinalihis sa isang direksyon na patayo sa parehong direksyon ng kasalukuyang at ang direksyon ng magnetic field. Ang mas mabilis na paglipat ng mga electron, mas sila ay pinalihis.

Bilang resulta ng pagpapalihis ng mga electron, ang mga gradient ng potensyal na kuryente ay itinatag sa mga direksyon na patayo sa direksyon ng kasalukuyang. Dahil sa ang katunayan na ang mas mabilis na paglipat ng mga electron ay pinalihis nang higit pa kaysa sa mas mabagal na paglipat, ang mga thermal gradient ay lumitaw, patayo din sa direksyon ng kasalukuyang.

Kaya, ang mga epekto ng galvanomagnetic ay kinabibilangan ng mga electrical at thermal phenomena.

Ibinigay na ang mga electron ay maaaring lumipat sa ilalim ng impluwensya ng pagpilit ng mga patlang ng kuryente, thermal at kemikal, ang mga epekto ng galvanomagnetic ay inuri pareho sa pamamagitan ng uri ng puwersang patlang at sa pamamagitan ng likas na katangian ng mga nagresultang phenomena - thermal o elektrikal.

Ang terminong "galvanomagnetic" ay tumutukoy lamang sa ilang mga phenomena na naobserbahan sa mga solido, kung saan ang tanging uri ng mga particle na may kakayahang gumalaw sa anumang makabuluhang halaga ay mga electron, na gumagana bilang "mga libreng ahente" o bilang mga ahente para sa pagbuo ng tinatawag na mga butas .Samakatuwid, ang galvanomagnetic phenomena ay inuri din depende sa uri ng carrier na kasangkot sa mga ito - mga libreng electron o butas.

Ang isa sa mga pagpapakita ng enerhiya ng init ay ang tuluy-tuloy na paggalaw ng isang bahagi ng mga electron ng anumang solidong sangkap kasama ang mga random na nakadirekta na tilapon at sa mga random na bilis. Kung ang mga paggalaw na ito ay may ganap na random na mga katangian, kung gayon ang kabuuan ng lahat ng mga indibidwal na paggalaw ng mga electron ay zero, at imposibleng makita ang anumang mga kahihinatnan ng mga paglihis ng mga indibidwal na particle sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng Lorentz.

Kung mayroong isang electric current, ito ay dinadala ng isang tiyak na bilang ng mga sisingilin na particle o carrier na gumagalaw sa pareho o sa parehong direksyon.

Sa solids, ang electric current ay lumitaw bilang isang resulta ng superposisyon ng ilang pangkalahatang unidirectional na paggalaw sa orihinal na random na paggalaw ng mga electron. Sa kasong ito, ang aktibidad ng elektron ay bahagyang isang random na tugon sa epekto ng thermal energy at bahagyang isang unidirectional na tugon sa epekto na bumubuo ng isang electric current.

Isang sinag ng mga electron na gumagalaw sa isang pabilog na orbit sa isang palaging magnetic field. Ang lilang liwanag na nagpapakita ng landas ng isang elektron sa tubo na ito ay nilikha ng banggaan ng mga electron sa mga molekula ng gas.

Kahit na ang anumang paggalaw ng mga electron ay tumutugon sa pagkilos ng mga puwersa ng Lorentz, tanging ang mga paggalaw na nag-aambag sa paglipat ng kasalukuyang ay makikita sa galvanomagnetic phenomena.

Kaya, ang galvanomagnetic phenomena ay isa sa mga kahihinatnan ng paglalagay ng isang solidong katawan sa isang magnetic field at pagdaragdag ng unidirectional motion sa paggalaw ng mga electron nito, na sa ilalim ng mga paunang kondisyon ay random sa kalikasan. Isa sa mga resulta ng kumbinasyong ito ng mga kondisyon ay ang hitsura ng mga gradient ng populasyon ng mga particle ng carrier sa isang direksyon na patayo sa kanilang unidirectional na paggalaw.

Ang mga puwersa ng Lorentz ay may posibilidad na ilipat ang lahat ng mga carrier sa isang gilid ng wire. Dahil ang mga carrier ay sinisingil ng mga particle, ang mga naturang gradient ng kanilang populasyon ay lumilikha din ng mga gradients ng potensyal na kuryente na nagbabalanse sa mga puwersa ng Lorentz at maaari nilang pukawin ang isang electric current.

Sa pagkakaroon ng tulad ng isang kasalukuyang, ang isang tatlong-bahaging balanse ay itinatag sa pagitan ng mga puwersa ng Lorentz, galvanomagnetic voltages at resistive voltages.

Ang random na paggalaw ng mga electron ay sinusuportahan ng thermal energy, na tinutukoy ng temperatura ng isang substance. Ang enerhiya na kailangan upang panatilihing gumagalaw ang mga particle sa isang direksyon ay dapat magmula sa ibang pinagmulan. Ang huli na ito ay hindi maaaring mabuo sa loob ng sangkap mismo, kung ito ay nasa isang estado ng balanse, ang enerhiya ay dapat na nagmula sa kapaligiran.

Kaya, ang galvanomagnetic conversion ay nauugnay sa mga electrical phenomena na resulta ng paglitaw ng mga gradient ng populasyon ng carrier; ang mga naturang gradient ay itinatatag sa mga solido kapag sila ay inilagay sa isang magnetic field at napapailalim sa iba't ibang mga impluwensya mula sa panlabas na kapaligiran, na nagiging sanhi ng isang pangkalahatang unidirectional na paggalaw ng mga carrier na ang paggalaw sa mga unang kondisyon ay random.

Pag-uuri ng mga epekto ng galvanomagnetic

Anim na pangunahing galvanomagnetic effect ang kilala:

1.Mga epekto sa bulwagan — ang hitsura ng mga gradients ng potensyal na kuryente bilang isang resulta ng paglihis ng mga carrier sa panahon ng kanilang paggalaw sa ilalim ng impluwensya ng puwersahang electric field. Sa kasong ito, ang mga butas at mga electron ay sabay-sabay o indibidwal na gumagalaw sa magkasalungat na direksyon at samakatuwid ay lumihis sa parehong direksyon.

tignan mo - Mga aplikasyon ng Hall sensor

2. Nerst effect — ang hitsura ng mga electric potensyal na gradient bilang isang resulta ng pagpapalihis ng mga carrier sa panahon ng kanilang paggalaw sa ilalim ng impluwensya ng isang sapilitang thermal field, habang ang mga butas at mga electron ay sabay-sabay o hiwalay na gumagalaw sa parehong direksyon at samakatuwid ay lumihis sa magkasalungat na direksyon.

3. Photoelectromagnetic at mechanoelectromagnetic effect — ang hitsura ng mga gradients ng potensyal na kuryente bilang isang resulta ng paglihis ng mga carrier sa panahon ng kanilang paggalaw sa ilalim ng impluwensya ng puwersahang larangan ng kemikal (gradients ng populasyon ng mga particle). Sa kasong ito, ang mga butas at mga electron na nabuo sa pares ay gumagalaw nang magkasama sa parehong direksyon at samakatuwid ay lumihis sa magkasalungat na direksyon.

4. Ang mga epekto ng Ettingshausen at Riga — Leduc — ang hitsura ng mga thermal gradient bilang resulta ng pagpapalihis ng carrier, kapag ang mga maiinit na carrier ay pinalihis sa mas malaking lawak kaysa sa malamig. Kung ang mga thermal gradient ay nangyayari kaugnay ng mga epekto ng Hall, kung gayon ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na epekto ng Ettingshausen, kung nangyari ito na may kaugnayan sa epekto ng Nernst, kung gayon ang kababalaghan ay tinatawag na epekto ng Rigi-Leduc.

5. Pagtaas sa electrical resistance bilang resulta ng pagpapalihis ng mga carrier sa panahon ng kanilang paggalaw sa ilalim ng impluwensya ng isang nagmamaneho na electric field. Dito, sa parehong oras, mayroong isang pagbawas sa epektibong cross-sectional area ng konduktor dahil sa paglipat ng mga carrier sa isang gilid nito at isang pagbawas sa distansya na nilakbay ng mga carrier sa direksyon ng kasalukuyang dahil sa extension ng kanilang landas dahil sa paglipat sa isang hubog na landas sa halip na isang tuwid.

6. Pagtaas ng thermal resistance bilang resulta ng pagbabago ng mga kondisyon katulad ng nasa itaas.

Hall effect sensor

Ang pangunahing pinagsamang epekto ay nangyayari sa dalawang kaso:

• kapag ang mga kondisyon ay nilikha para sa daloy ng electric current sa ilalim ng impluwensya ng mga potensyal na gradients na nagreresulta mula sa mga phenomena sa itaas;
• kapag ang mga kondisyon ay nilikha para sa pagbuo ng isang daloy ng init sa ilalim ng impluwensya ng mga thermal gradient na nagreresulta mula sa mga phenomena sa itaas.

Bilang karagdagan, ang mga pinagsamang epekto ay kilala, kung saan ang isa sa mga galvanomagnetic na epekto ay pinagsama sa isa o higit pang mga di-galvanomagnetic na epekto.

1. Thermal effect:

• mga pagbabago sa kadaliang mapakilos ng carrier dahil sa mga pagbabago sa temperatura;
• Ang electron at hole mobility ay nagbabago sa iba't ibang grado depende sa temperatura;
• pagbabago ng populasyon ng carrier dahil sa mga pagbabago sa temperatura;
• ang mga populasyon ng elektron at butas ay nagbabago sa iba't ibang antas dahil sa mga pagbabago sa temperatura.

2. Mga epekto ng anisotropy. Ang mga anisotropic na katangian ng mga crystalline na sangkap ay nagbabago sa mga resulta ng phenomenon na makikita sa isotropic na mga katangian.

3. Thermoelectric effect:

• ang mga thermal gradient dahil sa paghihiwalay ng mainit at malamig na media ay bumubuo ng mga thermoelectric effect;
• Ang mga thermoelectric effect ay pinahusay bilang resulta ng carrier bias, nagbabago ang potensyal na kemikal sa bawat unit volume ng substance dahil sa pagbabago sa populasyon ng carrier (Nerst effects).

4. Ferromagnetic effect. Ang kadaliang mapakilos ng carrier sa mga ferromagnetic substance ay nakasalalay sa ganap na lakas at direksyon ng magnetic field (tulad ng sa Gaussian effect).

5. Impluwensiya ng mga sukat. Kung ang katawan ay may malalaking sukat kumpara sa mga tilapon ng elektron, kung gayon ang mga katangian ng sangkap sa buong dami ng katawan ay may pangunahing epekto sa aktibidad ng elektron. Kung ang mga sukat ng katawan ay maliit kumpara sa mga electron trajectories, kung gayon ang mga epekto sa ibabaw ay maaaring mangibabaw.

6. Ang impluwensya ng malalakas na larangan. Ang galvanomagnetic phenomena ay nakasalalay sa kung gaano katagal ang mga carrier ay naglalakbay kasama ang kanilang cyclotron trajectory. Sa malakas na magnetic field, ang mga carrier ay maaaring maglakbay ng isang malaking distansya kasama ang landas na ito. Ang kabuuang bilang ng iba't ibang posibleng epekto ng galvanomagnetic ay higit sa dalawang daan, ngunit sa katunayan ang bawat isa sa kanila ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga phenomena na nakalista sa itaas.

Tingnan din: Elektrisidad at magnetism, mga pangunahing kahulugan, mga uri ng gumagalaw na mga particle na may charge