Hall-effect werd geïntroduceerd door een Amerikaanse natuurkundige Edwin H. Hall in het jaar 1879. Het is gebaseerd op de meting van het elektromagnetische veld. Het wordt ook wel het gewone Hall-effect genoemd. Wanneer een stroomvoerende geleider loodrecht op een magnetisch veld staat, wordt een opgewekte spanning loodrecht op het stroompad gemeten. Waar de huidige stroom vergelijkbaar is met die van vloeistof die in een buis stroomt. Ten eerste werd het toegepast bij de classificatie van chemische monsters. Ten tweede was het van toepassing in Hall-effect-sensor waar het werd gebruikt om DC-velden van de magneet te meten, waar de sensor wordt stationair gehouden.
Principe van Hall-effect
Hall-effect wordt gedefinieerd als het verschil in spanning dat wordt gegenereerd over een stroomvoerende geleider, dwars op een elektrische stroom in de geleider en een aangelegd magnetisch veld loodrecht op de stroom.
Hall-effect = geïnduceerd elektrisch veld / stroomdichtheid * het aangelegde magnetische veld - (1)
Hall-effect
Theorie van Hall-effect
Elektrische stroom wordt gedefinieerd als de stroom van geladen deeltjes in een geleidend medium. De ladingen die stromen kunnen ofwel negatief geladen zijn - elektronen ‘e-‘ / positief geladen - gaten ‘+’.
Voorbeeld
Beschouw een dunne geleidende plaat van lengte L en verbind beide uiteinden van een plaat met een batterij. Waar het ene uiteinde is verbonden vanaf het positieve uiteinde van een batterij naar het ene uiteinde van de plaat en een ander uiteinde is verbonden vanaf het negatieve uiteinde van een batterij met het andere uiteinde van de plaat. Nu zien we dat momenteel begint te stromen van negatieve lading naar het positieve uiteinde van de plaat. Door deze beweging wordt een magnetisch veld opgewekt.
theorie-van-hall-effect
Lorentz Force
Als we bijvoorbeeld een magnetische kale vlak bij de geleider plaatsen, verstoort het magnetische veld het magnetische veld van ladingsdragers. Deze kracht die de richting van ladingsdragers vervormt, staat bekend als Lorentzkracht.
Hierdoor zullen de elektronen naar het ene uiteinde van de plaat gaan en gaan de gaten naar het andere uiteinde van de plaat. Hier wordt Hall-spanning gemeten tussen twee zijden van platen met een multimeter Dit effect wordt ook wel het Hall-effect genoemd. Waar de stroom recht evenredig is met afgebogen elektronen op zijn beurt evenredig met het potentiaalverschil tussen beide platen.
Hoe groter de stroom, hoe groter de afgebogen elektronen en daarom kunnen we het hoge potentiaalverschil tussen de platen waarnemen.
Hall-spanning is recht evenredig met de elektrische stroom en het aangelegde magnetische veld.
VH = IK B / q n d - (twee)
I - Stroom vloeit in sensor
B - Magnetische veldsterkte
q - Opladen
n - ladingdragers per volume-eenheid
d - Dikte van de sensor
Afleiding van Hall-coëfficiënt
Laat stroom IX de stroomdichtheid is, JX maal het correctionele gebied van de geleider gew.
IX = JX wt = n q vx w t ---- (3)
Volgens de wet van Ohms neemt het veld ook toe als de stroom toeneemt. Die wordt gegeven als
JX = σ EX , ---- (4)
Waar σ = geleidbaarheid van het materiaal in de geleider.
Bij het overwegen van het bovenstaande voorbeeld van het plaatsen van een magnetische staaf in een rechte hoek op de geleider, weten we dat deze Lorentz-kracht ervaart. Wanneer een stabiele toestand wordt bereikt, zal er geen ladingstroom zijn in welke richting dan ook, die kan worden weergegeven als,
EY = Vx Bz , ----- (5)
EY - elektrisch veld / Hall-veld in de y-richting
Bz - magnetisch veld in de z-richting
VH = - ∫0w EY dag = - Ey w ———- (6)
VH = - ((1 / n q) IX Bz) / t, ———– (7)
Waar RH = 1 / nq ———— (8)
Eenheden van Hall-effect: m3 / C
Mobiliteit in de hal
µ p of µ n = σ n R H ———— (9)
Halmobiliteit wordt gedefinieerd als µ p of µ n is geleidbaarheid door elektronen en gaten.
Magnetische fluxdichtheid
Het wordt gedefinieerd als de hoeveelheid magnetische flux in een gebied dat haaks op de richting van de magnetische flux staat.
B = VH d / RH I ——– (1 0)
Hall-effect in metalen en halfgeleider
Volgens het elektrische veld en het magnetische veld ondervinden de ladingsdragers die in het medium bewegen enige weerstand door verstrooiing tussen dragers en onzuiverheden, samen met dragers en materiaalatomen die trilling ondergaan. Daarom verstrooit elke drager zich en verliest hij zijn energie. Die kan worden weergegeven door de volgende vergelijking
hall-effect-in-metalen-en-halfgeleiders
F achterlijk = - mv / t , ----- (elf)
t = gemiddelde tijd tussen verstrooiingsgebeurtenissen
Volgens de secondenwet van Newton,
M (dv / dt) = (q (E + v * B) - m v) / t —— (1 2)
m = massa van de drager
Wanneer een stabiele toestand optreedt, wordt de parameter ’v‘ genegeerd
Als ’B’ langs de z-coördinaat ligt, kunnen we een reeks ’v’-vergelijkingen verkrijgen
vx = (qT Ex) / m + (qt BZ vy) / m ———– (1 3)
vy = (qT Ey) / m - (qt BZ vx) / m ———— (1 4)
vz = qT Ez / m ---- (vijftien)
We weten dat Jx = n q vx ————— (1 6)
Als we de bovenstaande vergelijkingen vervangen, kunnen we het wijzigen als
Jx = (σ / (1 + (wc t) 2)) (Ex + wc t Ey) ———– (1 7)
J y = (σ * (Ey - wc t Ex) / (1 + (wc t) 2 ) ———- (1 8)
Jz = σ Ez ———— (19)
We weten dat
σ n q2 t / m ---- (twintig)
σ = geleidbaarheid
t = relaxatietijd
en
wc q Bz / m ----- ( eenentwintig )
wc = cyclotron frequentie
Cyclotronfrequentie wordt gedefinieerd als in een magnetische veldfrequentie van rotatie van een lading. Dat is de kracht van het veld.
Wat in de volgende gevallen kan worden uitgelegd om te weten of het niet sterk is en / of 't' kort is
Geval (i): Als wc t<< 1
Het duidt op een zwakke veldlimiet
Geval (ii): Als wc t >> 1
Het geeft een sterke veldlimiet aan.
Voordelen
De voordelen van het hall-effect zijn onder meer de volgende.
- De werkingssnelheid is hoog, d.w.z. 100 kHz
- Loop van operaties
- Capaciteit om grote stroom te meten
- Het kan nulsnelheid meten.
Nadelen
De nadelen van het hall-effect zijn onder meer de volgende.
- Het kan de stroom van meer dan 10 cm niet meten
- Er is een groot effect van temperatuur op dragers, dat recht evenredig is
- Zelfs als er geen magnetisch veld is, wordt een kleine spanning waargenomen wanneer de elektroden gecentreerd zijn.
Toepassingen van Hall-effect
De toepassingen van het hall-effect zijn onder meer de volgende.
- Magnetische veldsensor
- Gebruikt voor vermenigvuldiging
- Voor het meten van gelijkstroom gebruikt het Hall Effect Tong Tester
- We kunnen fasehoeken meten
- We kunnen ook transducers voor lineaire verplaatsingen meten
- Voortstuwing van ruimtevaartuigen
- Voedingsdetectie
Dus de Hall-effect is gebaseerd op de Elektromagnetisch beginsel. Hier hebben we de afleiding van Hall-coëfficiënt gezien, ook Hall-effect in metalen en Halfgeleiders Hier is een vraag: hoe is het Hall-effect van toepassing bij gebruik met nulsnelheid?
