Hall Effect ได้รับการแนะนำโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Edwin H. Hall ในปี พ.ศ. 2422 โดยอ้างอิงจากการวัดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีชื่อเป็น Hall Effect ธรรมดา เมื่อตัวนำกระแสไฟฟ้าตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจะถูกวัดที่มุมฉากกับเส้นทางปัจจุบัน ในกรณีที่การไหลของกระแสคล้ายกับของเหลวที่ไหลในท่อ ประการแรกถูกนำไปใช้ในการจำแนกตัวอย่างทางเคมี ประการที่สองมันสามารถใช้ได้ใน เซ็นเซอร์ Hall Effect ที่ซึ่งใช้วัดสนาม DC ของแม่เหล็กโดยที่ เซ็นเซอร์ จะอยู่กับที่
หลักการของ Hall Effect
Hall Effect หมายถึงความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นบนตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าตามขวางกับกระแสไฟฟ้าในตัวนำและสนามแม่เหล็กที่ใช้ในแนวตั้งฉากกับกระแสไฟฟ้า
Hall Effect = สนามไฟฟ้าเหนี่ยวนำ / ความหนาแน่นของกระแส * สนามแม่เหล็กที่ใช้ - (1)
ห้องโถงผล
ทฤษฎี Hall Effect
กระแสไฟฟ้าหมายถึงการไหลของอนุภาคที่มีประจุในตัวกลางที่เป็นตัวนำไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าที่ไหลอาจเป็นประจุลบ - อิเล็กตรอน 'e-' / ประจุบวก - หลุม '+'
ตัวอย่าง
พิจารณาแผ่นนำไฟฟ้าแบบบางที่มีความยาว L และเชื่อมต่อปลายทั้งสองด้านของแผ่นด้วยแบตเตอรี่ ที่ปลายด้านหนึ่งต่อจากปลายขั้วบวกของแบตเตอรี่ไปยังปลายด้านหนึ่งของแผ่นและอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อจากปลายด้านลบของแบตเตอรี่ไปยังอีกด้านหนึ่งของแผ่น ตอนนี้เราสังเกตว่าปัจจุบันเริ่มไหลจากประจุลบไปยังปลายด้านบวกของจาน เนื่องจากการเคลื่อนที่นี้สนามแม่เหล็กจึงถูกสร้างขึ้น
ทฤษฎี - โถง - ผล
ลอเรนซ์ฟอร์ซ
ตัวอย่างเช่นถ้าเราวางแม่เหล็กเปล่าไว้ใกล้ ๆ ตัวนำสนามแม่เหล็กจะรบกวนสนามแม่เหล็กของตัวพาประจุ แรงที่บิดเบือนทิศทางของตัวพาประจุนี้เรียกว่าแรงลอเรนซ์
ด้วยเหตุนี้อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปที่ปลายด้านหนึ่งของแผ่นเปลือกโลกและรูจะเคลื่อนที่ไปยังอีกด้านหนึ่งของจาน ที่นี่วัดแรงดันฮอลล์ระหว่างแผ่นทั้งสองด้านด้วย มัลติมิเตอร์ . เอฟเฟกต์นี้เรียกอีกอย่างว่า Hall Effect ในกรณีที่กระแสเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอิเล็กตรอนที่เบี่ยงเบนในทางกลับกันเป็นสัดส่วนกับความต่างศักย์ระหว่างจานทั้งสอง
กระแสที่มีขนาดใหญ่กว่าคืออิเล็กตรอนที่เบี่ยงเบนและด้วยเหตุนี้เราจึงสามารถสังเกตความต่างศักย์สูงระหว่างแผ่นเปลือกโลกได้
Hall Voltage เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ใช้
VH = ฉัน B / q n d - (สอง)
I - กระแสที่ไหลในเซนเซอร์
B - ความแรงของสนามแม่เหล็ก
q - ชาร์จ
n - ผู้ให้บริการเรียกเก็บเงินต่อหน่วยปริมาตร
d - ความหนาของเซ็นเซอร์
การหาค่าสัมประสิทธิ์ฮอลล์
ให้ IX ปัจจุบันคือความหนาแน่นกระแส JX คูณพื้นที่ราชทัณฑ์ของตัวนำ wt
IX = JX wt = n q vx w t ---- (3)
ตามกฎหมายของโอห์มหากกระแสเพิ่มขึ้นฟิลด์จะเพิ่มขึ้นด้วย ซึ่งกำหนดให้เป็น
JX = σ EX , ---- (4)
โดยที่σ = การนำไฟฟ้าของวัสดุในตัวนำ
เมื่อพิจารณาจากตัวอย่างข้างต้นของการวางแท่งแม่เหล็กเป็นมุมฉากกับตัวนำเรารู้ว่ามันสัมผัสกับแรงลอเรนซ์ เมื่อถึงสถานะคงที่จะไม่มีการไหลของประจุในทิศทางใด ๆ ซึ่งสามารถแสดงเป็น
EY = Vx Bz , ----- (5)
EY - สนามไฟฟ้า / สนามฮอลล์ในทิศทาง y
Bz - สนามแม่เหล็กในทิศทาง z
VH = - ∫0w EY day = - Ey w ———- (6)
VH = - ((1 / n q) IX Bz) / t, ———– (7)
โดยที่ RH = 1 / nq ———— (8)
หน่วยของ Hall Effect: m3 / C
ความคล่องตัวในห้องโถง
µ p หรือ µ n = σ n R H ———— (9)
Hall mobility ถูกกำหนดให้เป็น µ p หรือ µ n คือการนำไฟฟ้าเนื่องจากอิเล็กตรอนและโฮล
ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก
มันถูกกำหนดให้เป็นจำนวนของฟลักซ์แม่เหล็กในพื้นที่ที่ทำมุมฉากกับทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็ก
B = VH d / RH I ——– (1 0)
Hall Effect ในโลหะและเซมิคอนดักเตอร์
ตามสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กผู้ให้บริการประจุไฟฟ้าซึ่งเคลื่อนที่ไปในตัวกลางจะพบกับความต้านทานเนื่องจากการกระจัดกระจายระหว่างพาหะและสิ่งสกปรกพร้อมกับพาหะและอะตอมของวัสดุที่อยู่ระหว่างการสั่นสะเทือน ดังนั้นผู้ให้บริการแต่ละรายจึงกระจัดกระจายและสูญเสียพลังงานไป ซึ่งสามารถแทนได้ด้วยสมการต่อไปนี้
ฮอลล์เอฟเฟกต์ในโลหะและเซมิคอนดักเตอร์
F ปัญญาอ่อน = - mv / t , ----- (สิบเอ็ด)
t = เวลาเฉลี่ยระหว่างเหตุการณ์ที่กระจาย
ตามกฎของนิวตันวินาที
M (dv / dt) = (q (E + v * B) - ม. v) / t —— (1 2)
m = มวลของพาหะ
เมื่อสภาวะคงที่เกิดขึ้นพารามิเตอร์ 'v' จะถูกละเลย
ถ้า 'B' อยู่ตามพิกัด z เราจะได้ชุดของสมการ 'v'
vx = (qT Ex) / m + (qt BZ vy) / ม ———– (1 3)
vy = (qT Ey) / m - (qt BZ vx) / ม ———— (1 4)
vz = qT Ez / m ---- (สิบห้า)
เรารู้ว่า Jx = n q vx ————— (1 6)
การแทนที่ในสมการข้างต้นเราสามารถแก้ไขเป็น
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)
เรารู้ว่า
σ n q2 ตัน / ม ---- ( ยี่สิบ )
σ = การนำไฟฟ้า
t = เวลาพักผ่อน
และ
wc q Bz / m ----- ( ยี่สิบเอ็ด )
wc = ความถี่ไซโคลตรอน
Cyclotron Frequency ถูกกำหนดให้อยู่ในความถี่สนามแม่เหล็กของการหมุนของประจุ ซึ่งเป็นจุดแข็งของสนาม.
ซึ่งสามารถอธิบายได้ในกรณีต่อไปนี้เพื่อให้ทราบว่ามันไม่แข็งแรงและ / หรือ 't' สั้น
กรณี (i): ถ้า wc t<< 1
บ่งบอกถึงขีด จำกัด ของฟิลด์ที่อ่อนแอ
กรณี (ii): ถ้า wc t >> 1
มันบ่งบอกถึงขีด จำกัด ฟิลด์ที่แข็งแกร่ง
ข้อดี
ข้อดีของ Hall-Effect มีดังต่อไปนี้
- ความเร็วในการทำงานสูงเช่น 100 kHz
- วนการดำเนินการ
- ความสามารถในการวัดกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่
- สามารถวัดความเร็วเป็นศูนย์ได้
ข้อเสีย
ข้อเสียของ Hall-effect มีดังต่อไปนี้
- ไม่สามารถวัดการไหลของกระแสที่มากกว่า 10 ซม
- มีผลกระทบอย่างมากของอุณหภูมิต่อพาหะซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรง
- แม้ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็กจะสังเกตเห็นแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กเมื่ออิเล็กโทรดอยู่ที่กึ่งกลาง
การใช้งาน Hall Effect
แอพพลิเคชั่นของ Hall-effect มีดังต่อไปนี้
- Senor สนามแม่เหล็ก
- ใช้สำหรับการคูณ
- สำหรับการวัดกระแสตรงจะใช้ Hall Effect Tong Tester
- เราสามารถวัดมุมเฟส
- เรายังสามารถวัดตัวแปลงสัญญาณ Linear displacements
- การขับเคลื่อนของยานอวกาศ
- การตรวจจับแหล่งจ่ายไฟ
ดังนั้นไฟล์ Hall Effect ขึ้นอยู่กับไฟล์ แม่เหล็กไฟฟ้า หลักการ. ที่นี่เราได้เห็นที่มาของค่าสัมประสิทธิ์ฮอลล์รวมถึงเอฟเฟกต์ฮอลล์ในโลหะและ เซมิคอนดักเตอร์ . นี่คือคำถาม Hall Effect ใช้กับ Zero speed operation ได้อย่างไร?