Adyabatik negatif ve pozitif Hall etkisi

Manyetik alana yerleştirilmiş akım taşıyan bir telde, elektrik akımı ve manyetik alanın yönlerine dik yönde bir voltaj indüklenir. Böyle bir voltajın ortaya çıkması fenomenine Hall etkisi denir ve indüklenen voltajın kendisine Hall voltajı denir.

1879'da Amerikalı fizikçi Edwin Hall (1855-1938) tezi üzerinde çalışırken ilginç bir etki keşfetti. Doğru akım taşıyan ince bir altın levha aldı ve onu levha düzlemine dik bir manyetik alana yerleştirdi. Bu durumda, plakanın kenarları arasında ek bir elektrik alanı ortaya çıktı. Daha sonra, bu fenomene kaşifin adı verildi. Hall etkisi geniş bir uygulama bulmuştur: bir manyetik alanın (Hall sensörleri) indüksiyonunu ölçmek ve ayrıca iletken malzemelerin fiziksel özelliklerini incelemek için kullanılır (Hall etkisini kullanarak, akım taşıyıcılarının konsantrasyonu hesaplanabilir ve onların işareti).

Hall Akım Etkisi Sensörü Modülü ACS712 5A

İki tür elektrik akımı taşıyıcısı vardır - bir yönde hareket eden pozitif taşıyıcılar ve ters yönde hareket eden negatif taşıyıcılar.

Bir manyetik alanda belirli bir yönde hareket eden negatif taşıyıcılar, hareketlerini düz bir yoldan saptırma eğiliminde olan bir kuvvetle karşılaşırlar. Aynı manyetik alanda zıt yönde hareket eden pozitif taşıyıcılar, negatif taşıyıcılarla aynı yönde saptırılır.

Lorentz kuvvetlerinin etkisi altındaki tüm akım taşıyıcılarının iletkenin aynı tarafına böyle bir sapmasının bir sonucu olarak, bir taşıyıcı popülasyon gradyanı oluşturulur ve iletkenin bir tarafında birim hacim başına taşıyıcı sayısı daha fazla olacaktır. Diğer yandan.

Aşağıdaki şekil, iki türden eşit sayıda taşıyıcı olduğunda bu işlemin genel sonucunu göstermektedir.

Burada, iki tip taşıyıcı tarafından üretilen potansiyel gradyanlar, dışarıdan bakıldığında etkileri tespit edilemeyecek şekilde birbirine yönlendirilir. Bir türdeki taşıyıcıların sayısı başka bir türdeki taşıyıcılardan daha fazlaysa, taşıyıcı nüfus gradyanı bir Hall gradyan potansiyeli üretir ve bunun sonucunda tele uygulanan Hall voltajı saptanabilir.

Adyabatik negatif Hall etkisi. Yalnızca elektronlar yük taşıyıcılarıysa, o zaman sıcaklık gradyanı ve elektrik potansiyeli gradyanı zıt yönlerdedir.

Adyabatik Hall Etkisi. Yalnızca delikler yük taşıyıcıysa, sıcaklık gradyanı ve elektrik potansiyeli gradyanı aynı yöndedir.

Hall voltajının etkisi altındaki telden geçen akım imkansızsa, o zaman arasında Lorentz güçleri tarafından ve Hall voltaj dengesi yoluyla kurulur.

Bu durumda, Lorentz kuvvetleri tel boyunca bir taşıyıcı nüfus gradyanı yaratma eğilimindeyken, Hall voltajı telin hacmi boyunca tekdüze bir nüfus dağılımı sağlama eğilimindedir.

d akımına ve manyetik alan yönlerine dik olarak yönlendirilen Hall elektrik alanının gücü (birim kalınlık başına voltaj) aşağıdaki formülle belirlenir:

Fz = KzVJ,

nerede K.z - Hall katsayısı (işareti ve mutlak değeri, belirli koşullara bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir); B - manyetik indüksiyon ve J, iletkende akan akımın yoğunluğudur (iletkenin kesit alanının birim başına akımın değeri).

Şekil, uçları bir pile bağlandığında güçlü bir i akımı ileten bir malzeme tabakasını göstermektedir. Karşı taraflar arasındaki potansiyel farkı ölçersek, soldaki şekilde gösterildiği gibi bize sıfır verecektir. B manyetik alanı levhadaki akıma dik olarak uygulandığında durum değişir, sağdaki şekilde gösterildiği gibi zıt taraflar arasında çok küçük bir potansiyel fark V3 göründüğünü göreceğiz.

"Adyabatik" terimi, incelenmekte olan sisteme dışarıdan veya sistemden ısı akışının olmadığı koşulları tanımlamak için kullanılır.

Isı ve akımın enine yönde akışını önlemek için telin her iki tarafında yalıtım malzemesi katmanları vardır.

Hall voltajı, taşıyıcıların eşit olmayan dağılımına bağlı olduğundan, yalnızca enerji vücudun dışındaki bir kaynaktan sağlanıyorsa vücut içinde tutulabilir.Bu enerji, maddede bir başlangıç ​​akımı oluşturan bir elektrik alanından gelir. Galvanomanyetik bir maddede iki potansiyel gradyan oluşturulur.

İlk potansiyel gradyan, maddenin direnci ile çarpılan ilk akım yoğunluğu olarak tanımlanır ve Hall potansiyel gradyanı, ilk akım yoğunluğunun Hall katsayısı ile çarpımı olarak tanımlanır.

Bu iki gradyan karşılıklı olarak dik olduğundan, yönü orijinal akımın yönünden bir açıyla sapacak olan vektör toplamını düşünebiliriz.

Değeri, akım yönünde yönlendirilen elektrik alan kuvvetlerinin akım yönünde üretilen elektrik alan kuvvetlerine oranı ile belirlenen bu açıya Hall açısı denir. Hangi taşıyıcıların baskın olduğuna (pozitif veya negatif) bağlı olarak akımın yönüne göre pozitif veya negatif olabilir.

Hall Etkisi Yakınlık Sensörü

Hall etkisi, iletken maddenin genel fiziksel özelliklerine bağlı olan, baskın tuzluluğa sahip bir taşıyıcının etki mekanizmasına dayanır. Metaller ve n-tipi yarı iletkenler için elektronlar, p-tipi yarı iletkenler için taşıyıcılardır - delikler.

Akım taşıyan yükler, telin elektronlarla aynı tarafına saptırılır. Delikler ve elektronlar aynı konsantrasyona sahipse, iki zıt Hall voltajı üretirler. Konsantrasyonları farklıysa, bu iki Hall voltajından biri baskındır ve ölçülebilir.

Pozitif taşıyıcılar için, Lorentz kuvvetlerinin etkisi altında taşıyıcı sapmalara karşı koymak için gereken Hall voltajı, negatif taşıyıcılar için karşılık gelen voltajın tersidir. n-tipi metallerde ve yarı iletkenlerde, dış alan veya sıcaklık değiştiğinde bu gerilim işaret bile değiştirebilir.

Hall sensörü, Hall etkisini algılamak ve sonuçlarını veriye dönüştürmek için tasarlanmış elektronik bir cihazdır. Bu veriler devreleri açıp kapatmak için kullanılabilir, bir bilgisayar tarafından işlenebilir ve cihaz üreticisi ve yazılımı tarafından sağlanan çeşitli etkilere neden olabilir.

Uygulamada Hall sensörleri, mekanik bir sistemin yaklaşması, hızı veya yer değiştirmesi gibi değişkenleri algılamak için manyetik alanları kullanan basit, ucuz mikro devrelerdir.

Hall sensörleri temassızdır, yani herhangi bir fiziksel unsurla temas etmeleri gerekmez, tasarımlarına ve amaçlarına göre dijital veya analog sinyal üretebilirler.

Hall etkisi sensörleri cep telefonlarında, GPS cihazlarında, pusulalarda, sabit disklerde, fırçasız motorlarda, fabrika montaj hatlarında, otomobillerde, tıbbi cihazlarda ve birçok Nesnelerin İnterneti aygıtında bulunabilir.

Salon Etkisi Uygulaması: Salon sensörleri Ve Manyetik büyüklüklerin ölçümü