Adiabatic negatibo at positibong Hall effect

Sa isang wire na nagdadala ng kasalukuyang inilagay sa isang magnetic field, ang isang boltahe ay na-induce sa isang direksyon na patayo sa mga direksyon ng electric current at ang magnetic field. Ang kababalaghan ng paglitaw ng naturang boltahe ay tinatawag na Hall effect, at ang sapilitan na boltahe mismo ay tinatawag na Hall boltahe.

Noong 1879, natuklasan ng American physicist na si Edwin Hall (1855-1938), habang nagtatrabaho sa kanyang disertasyon, ang isang kawili-wiling epekto. Kumuha siya ng manipis na gintong plato na may dalang direktang agos at inilagay ito sa isang magnetic field na patayo sa eroplano ng plato. Sa kasong ito, lumitaw ang isang karagdagang electric field sa pagitan ng mga gilid ng plato. Nang maglaon, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay pinangalanan sa nakatuklas. Ang epekto ng Hall ay natagpuan ang malawak na aplikasyon: ginagamit ito upang sukatin ang induction ng isang magnetic field (mga sensor ng Hall), pati na rin upang pag-aralan ang mga pisikal na katangian ng mga conductive na materyales (gamit ang Hall effect, maaaring kalkulahin ng isa ang konsentrasyon ng kasalukuyang mga carrier at kanilang tanda).

Hall Current Effect Sensor Module ACS712 5A

Mayroong dalawang uri ng electric current carrier—positibong carrier na gumagalaw sa isang direksyon at negatibong carrier na gumagalaw sa kabilang direksyon.

Ang mga negatibong carrier na gumagalaw sa isang tiyak na direksyon sa pamamagitan ng isang magnetic field ay nakakaranas ng isang puwersa na may posibilidad na ilihis ang kanilang paggalaw mula sa isang tuwid na landas. Ang mga positibong carrier na naglalakbay sa tapat na direksyon sa pamamagitan ng parehong magnetic field ay pinalihis sa parehong direksyon tulad ng mga negatibong carrier.

Bilang resulta ng naturang paglihis ng lahat ng kasalukuyang mga carrier sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng Lorentz sa parehong bahagi ng konduktor, isang gradient ng populasyon ng carrier ay itinatag, at sa isang bahagi ng konduktor ang bilang ng mga carrier sa bawat dami ng yunit ay mas malaki kaysa sa sa kabila.

Ang figure sa ibaba ay naglalarawan ng pangkalahatang resulta ng prosesong ito kapag may pantay na bilang ng mga carrier ng dalawang uri.

Dito, ang mga potensyal na gradient na nabuo ng mga carrier ng dalawang uri ay nakadirekta laban sa isa't isa, upang ang kanilang impluwensya ay hindi matukoy kapag sinusunod mula sa labas. Kung ang mga carrier ng isang uri ay mas marami kaysa sa mga carrier ng isa pang uri, kung gayon ang gradient ng populasyon ng carrier ay bumubuo ng isang potensyal na gradient ng Hall, bilang isang resulta kung saan ang boltahe ng Hall na inilapat sa wire ay maaaring matukoy.

Adiabatic negatibong Hall effect. Kung ang mga electron lamang ang mga tagadala ng singil, kung gayon ang gradient ng temperatura at ang potensyal na gradient ng kuryente ay tumuturo sa magkasalungat na direksyon.

Adiabatic Hall Effect. Kung ang mga butas lamang ay mga tagadala ng singil, kung gayon ang gradient ng temperatura at ang potensyal na gradient ng kuryente ay tumuturo sa parehong direksyon

Kung ang kasalukuyang sa pamamagitan ng kawad sa ilalim ng impluwensya ng boltahe ng Hall ay imposible, pagkatapos ay sa pagitan ng pwersa ni Lorentz at sa pamamagitan ng Hall boltahe equilibrium ay itinatag.

Sa kasong ito, ang Lorentz forces ay may posibilidad na lumikha ng isang carrier population gradient sa kahabaan ng wire, habang ang Hall voltage ay may posibilidad na ibalik ang isang pare-parehong distribusyon ng populasyon sa buong volume ng wire.

Ang lakas (boltahe sa bawat yunit ng kapal) ng Hall electric field na nakadirekta patayo sa d kasalukuyang at direksyon ng magnetic field ay tinutukoy ng sumusunod na formula:

Fz = KzVJ,

kung saan K.z — Hall coefficient (ang sign at absolute value nito ay maaaring mag-iba nang malaki depende sa mga partikular na kundisyon); B - magnetic induction at J ay ang density ng kasalukuyang dumadaloy sa conductor (ang halaga ng kasalukuyang bawat yunit ng cross-sectional area ng conductor).

Ang figure ay nagpapakita ng isang sheet ng materyal na nagsasagawa ng isang malakas na kasalukuyang i kapag ang mga dulo nito ay konektado sa isang baterya. Kung susukatin natin ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng magkabilang panig, magbibigay ito sa atin ng zero, tulad ng ipinapakita sa figure sa kaliwa. Ang sitwasyon ay nagbabago kapag ang magnetic field B ay inilapat patayo sa kasalukuyang sa sheet, makikita natin na ang isang napakaliit na potensyal na pagkakaiba V3 ay lilitaw sa pagitan ng magkabilang panig tulad ng ipinapakita sa figure sa kanan.

Ang terminong "adiabatic" ay ginagamit upang ilarawan ang mga kondisyon kung saan walang daloy ng init mula sa labas papunta o mula sa system na isinasaalang-alang.

Mayroong mga layer ng insulating material sa magkabilang panig ng wire upang maiwasan ang daloy ng init at kasalukuyang sa nakahalang direksyon.

Dahil ang boltahe ng Hall ay nakasalalay sa hindi pantay na pamamahagi ng mga carrier, maaari lamang itong mapanatili sa loob ng katawan kung ang enerhiya ay ibinibigay mula sa ilang pinagmulang panlabas sa katawan.Ang enerhiya na ito ay nagmumula sa isang electric field na lumilikha ng isang paunang kasalukuyang sa sangkap. Dalawang potensyal na gradient ang itinatag sa isang galvanomagnetic substance.

Ang paunang potensyal na gradient ay tinukoy bilang ang paunang kasalukuyang density na pinarami ng paglaban ng sangkap, at ang potensyal na gradient ng Hall ay tinukoy bilang ang paunang kasalukuyang density na pinarami ng koepisyent ng Hall.

Dahil ang dalawang gradient na ito ay magkaparehong patayo, maaari nating isaalang-alang ang kanilang kabuuan ng vector, ang direksyon kung saan ay malilihis ng ilang anggulo mula sa direksyon ng orihinal na kasalukuyang.

Ang anggulong ito, ang halaga ng kung saan ay tinutukoy ng ratio ng mga puwersa ng electric field na nakatuon sa direksyon ng kasalukuyang at ang electric field na nabuo sa direksyon ng kasalukuyang, ay tinatawag na anggulo ng Hall. Maaari itong maging positibo o negatibo sa direksyon ng agos, depende sa kung aling mga carrier ang nangingibabaw—positibo o negatibo.

Hall Effect Proximity Sensor

Ang Hall effect ay batay sa mekanismo ng impluwensya ng isang carrier na may nangingibabaw na kaasinan, na nakasalalay sa mga pangkalahatang pisikal na katangian ng conducting substance. Para sa mga metal at n-type semiconductors, ang mga electron ay mga carrier, para sa p-type semiconductors - mga butas.

Ang kasalukuyang-dalang mga singil ay pinalihis sa parehong bahagi ng kawad bilang mga electron. Kung ang mga butas at mga electron ay may parehong konsentrasyon, bumubuo sila ng dalawang magkasalungat na boltahe ng Hall. Kung ang kanilang mga konsentrasyon ay naiiba, kung gayon ang isa sa dalawang boltahe ng Hall na ito ay nangingibabaw at maaaring masukat.

Para sa mga positibong carrier, ang boltahe ng Hall na kinakailangan upang kontrahin ang mga pagpapalihis ng carrier sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng Lorentz ay kabaligtaran sa kaukulang boltahe para sa mga negatibong carrier. Sa mga n-type na metal at semiconductor, ang boltahe na ito ay maaaring magbago ng sign kapag nagbago ang panlabas na field o temperatura.

Ang Hall sensor ay isang elektronikong aparato na idinisenyo upang makita ang epekto ng Hall at i-convert ang mga resulta nito sa data. Maaaring gamitin ang data na ito upang i-on at i-off ang mga circuit, maaaring iproseso ng isang computer, at maaaring magdulot ng iba't ibang epekto na ibinigay ng manufacturer at software ng device.

Sa pagsasagawa, ang mga Hall sensor ay simple, murang microcircuits na gumagamit ng mga magnetic field upang makita ang mga variable gaya ng diskarte, bilis, o pag-displace ng isang mekanikal na sistema.

Ang mga hall sensor ay hindi nakikipag-ugnayan, na nangangahulugang hindi nila kailangang makipag-ugnayan sa anumang pisikal na elemento. Maaari silang bumuo ng digital o analog signal, depende sa kanilang disenyo at layunin.

Ang mga Hall effect sensor ay makikita sa mga cell phone, GPS device, compass, hard drive, brushless motor, factory assembly lines, sasakyan, medikal na device, at maraming Internet of Things gadget.

Application ng Hall Effect: Mga sensor ng hall at Pagsukat ng mga magnetic na dami