מהו אפקט הול במתכות ומוליכים למחצה

אפקט הול הוצג על ידי הפיזיקאי האמריקאי אדווין ה.אל בשנת 1879. הוא מבוסס על מדידת השדה האלקטרומגנטי. זה נקרא גם אפקט הול רגיל. כאשר מוליך נושא זרם מאונך לשדה מגנטי, המתח שנוצר נמדד בזווית ישרה לנתיב הנוכחי. כאשר זרימת הזרם דומה לזו של נוזל הזורם בצינור. ראשית הוא יושם בסיווג של דגימות כימיות. שנית, זה היה ישים ב חיישן אפקט הול היכן שימש למדידת שדות DC של המגנט, היכן את החיישן נשמר נייח.

עקרון אפקט הול

אפקט הול מוגדר כהפרש המתח שנוצר על פני מוליך נושא זרם, הוא רוחבי לזרם חשמלי במוליך ושדה מגנטי מוחל בניצב לזרם.

אפקט הול = שדה חשמלי המושרה / צפיפות זרם * השדה המגנטי המופעל - (1)

אפקט הול

תיאוריה של אפקט הול

זרם חשמלי מוגדר כזרם של חלקיקים טעונים במדיום מוליך. המטענים הזורמים יכולים להיות טעונים שליליים - אלקטרונים 'e-' / טעון חיובי - חורים '+'.

דוגמא

שקול צלחת מוליכה דקה באורך L וחבר את שני קצוות הלוח עם סוללה. כאשר קצה אחד מחובר מהקצה החיובי של הסוללה לקצה אחד של הלוח וקצה אחר מחובר מהקצה השלילי של הסוללה לקצה אחר של הלוח. עכשיו נצפה כי כרגע מתחיל לזרום ממטען שלילי לקצה החיובי של הצלחת. בשל תנועה זו נוצר שדה מגנטי.

תורת האפקט של האולם

כוח לורנץ

למשל, אם אנו מניחים חשוף מגנטי בסמוך למוליך, השדה המגנטי יפריע לשדה המגנטי של נושאות המטען. כוח זה שמעוות את כיוון נושאות המטען מכונה כוח לורנץ.

בשל כך, האלקטרונים יעברו לקצה אחד של הלוח והחורים יעברו לקצה אחר של הלוח. כאן מתח הול נמדד בין שני צדי לוחות עם a מולטימטר . אפקט זה ידוע גם בשם אפקט הול. כאשר הזרם פרופורציונלי באופן ישיר לאלקטרונים המוסטים בתורו פרופורציונלי להפרש הפוטנציאלי בין שתי הלוחות.

הזרם גדול יותר הוא האלקטרונים המוסטים ולכן אנו יכולים לראות את ההבדל הפוטנציאלי הגבוה בין הלוחות.

מתח הול עומד ביחס ישר לזרם החשמלי ולשדה המגנטי המופעל.

VH = I B / q n d -- ( שתיים )

אני - זרם זורם בחיישן
B - חוזק שדה מגנטי
ש - טעינה
n - נושאות טעינה ליחידת נפח
ד - עובי החיישן

גזירת מקדם אולם

תן ל- IX הנוכחי הוא צפיפות הזרם, JX כפול שטח התיקון של המוליך wt.

IX = JX wt = n q vx w t ---- (3)

על פי חוק אוהם, אם הזרם גדל גם השדה גדל. אשר ניתן כ

JX = σ EX , ---- (4)

איפה σ = מוליכות של החומר במוליך.

בהתחשב בדוגמה לעיל של הצבת זווית ישרה של המוט המגנטי למוליך אנו יודעים שהוא חווה כוח לורנץ. כאשר מגיעים למצב יציב לא תהיה זרימה של מטען לשום כיוון שניתן לייצג כ,

EY = Vx Bz , ----- (5)

EY - שדה חשמלי / שדה הול בכיוון y

Bz - שדה מגנטי בכיוון z

VH = - ∫0w EY יום = - Ey w ———- (6)

VH = - ((1 / n q) IX Bz) / t, ———– (7)

כאשר RH = 1 / nq ———— (8)

יחידות של אפקט הול: m3 / C.

ניידות באולם

µ p או µ n = σ n R H ———— (9)

ניידות אולם מוגדרת כ- µ p או µ n היא מוליכות עקב אלקטרונים וחורים.

צפיפות שטף מגנטי

זה מוגדר ככמות השטף המגנטי באזור שנלקח בזוויות ישרות לכיוון השטף המגנטי.

B = VH d / RH I ——– (1 0)

אפקט הול במתכות ומוליכים למחצה

על פי השדה החשמלי והשדה המגנטי נושאי המטען הנעים במדיום חווים התנגדות מסוימת בגלל פיזור בין נושאים וזיהומים, יחד עם מובילים ואטומי חומר העוברים רטט. מכאן שכל מוביל מתפזר ומאבד את האנרגיה שלו. אשר ניתן לייצג על ידי המשוואה הבאה

הול אפקט-במתכות ומוליכים למחצה

פיגור פי = - mv / t , ----- ( אחת עשרה )

t = זמן ממוצע בין פיזור אירועים

על פי חוק ניוטונס שניות,

M (dv / dt) = (q (E + v * B) - m v) / t —— (1 2)

m = המסה של המוביל

כאשר מתרחש מצב יציב הפרמטר 'v' יוזנח

אם 'B' נמצא לאורך קואורדינטות z אנו יכולים להשיג קבוצה של משוואות 'v'

vx = (qT Ex) / m + (qt BZ vy) / m ———– (1 3)

vy = (qT Ey) / m - (qt BZ vx) / m ———— (1 4)

vz = qT Ez / m ---- (חמש עשרה)

אנחנו יודעים את זה Jx = n q vx ————— (1 6)

החלפת המשוואות לעיל נוכל לשנות אותה כ-

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 ———— (1 9)

אנחנו יודעים את זה

σ n q2 t / m ---- ( עשרים )

σ = מוליכות

t = זמן הרפיה

ו

wc q Bz / m ----- ( עשרים ואחת )

wc = תדר ציקלוטרון

תדר ציקלוטרון מוגדר בתדר סיבוב של שדה מגנטי של מטען. שזה חוזק התחום.

מה שניתן להסביר במקרים הבאים כדי לדעת אם הוא לא חזק ו / או 't' הוא קצר

מקרה (i): אם wc t<< 1

זה מצביע על גבול שדה חלש

מקרה (ii): אם wc t >> 1

זה מצביע על מגבלה חזקה של השדה.

יתרונות

היתרונות של אפקט ההיכל כוללים את הדברים הבאים.

• מהירות הפעולה גבוהה כלומר 100 קילוהרץ
• לולאה של פעולות
• יכולת למדוד זרם גדול
• זה יכול למדוד מהירות אפסית.

חסרונות

החסרונות של אפקט ההיכל כוללים את הדברים הבאים.

• הוא אינו יכול למדוד את זרימת הזרם הגדולה מ -10 ס'מ
• יש השפעה גדולה של טמפרטורה על מנשאים, שהיא פרופורציונלית ישירות
• גם בהעדר שדה מגנטי נצפה מתח קטן כאשר האלקטרודות מרוכזות.

יישומים של אפקט הול

היישומים של אפקט ההיכל כוללים את הדברים הבאים.

• סניור שדה מגנטי
• משמש לריבוי
• למדידת זרם ישר, היא משתמשת בוחן טונג הול אפקט
• אנו יכולים למדוד זוויות פאזה
• אנו יכולים גם למדוד מתמר תזוזות לינאריות
• הנעה בחללית
• חישה לאספקת חשמל

לפיכך, ה אפקט הול מבוסס על אלקטרו מגנטי עִקָרוֹן. כאן ראינו את הגזירה של מקדם הול, גם אפקט הול במתכות ו מוליכים למחצה . הנה שאלה, כיצד ניתן להשתמש באפקט הול בהפעלת מהירות אפסית?