эффект Холла

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален.
Найти источники: «Эффект Холла» - новости · газеты · книги · ученый · JSTOR ( январь 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон )

Электромагнетизм
Статьи о

Электричество Магнетизм История Учебники
Электростатика Электрический заряд Закон Кулона Дирижер Плотность заряда Разрешающая способность Электрический дипольный момент Электрическое поле Электрический потенциал Электрический поток / потенциальная энергия Электростатический разряд Закон Гаусса Индукция Изолятор Плотность поляризации Статичное электричество Трибоэлектричество
Магнитостатика Закон Ампера Закон Био – Савара Закон Гаусса для магнетизма Магнитное поле Магнитный поток Магнитный дипольный момент Магнитная проницаемость Магнитный скалярный потенциал Намагничивание Магнитодвижущая сила Магнитостатический потенциал Правило правой руки
Электродинамика Закон силы Лоренца Электромагнитная индукция Закон Фарадея Закон Ленца Ток смещения Магнитный векторный потенциал Уравнения Максвелла Электромагнитное поле Электромагнитный импульс Электромагнитное излучение Тензор Максвелла Вектор Пойнтинга Потенциал Льенара – Вихерта Уравнения Ефименко Вихревой ток Уравнения Лондона Математические описания электромагнитного поля
Электрическая сеть Переменный ток Емкость Постоянный ток Электрический ток Электролиз Плотность тока Джоулевое нагревание Электродвижущая сила Импеданс Индуктивность Закон Ома Параллельная схема Сопротивление Резонансные полости Последовательная схема Напряжение Волноводы
Ковариантная формулировка Электромагнитный тензор ( тензор энергии-импульса ) Четырехтоковый Электромагнитный четырехпотенциальный
Ученые Ампер Биот Кулон Дэви Эйнштейн Фарадей Физо Гаусс Хевисайд Генри Герц Джоуль Ленц Лоренц Максвелл Ørsted Ом Ричи Savart Певица Тесла Вольта Вебер
v т е

Эффект Холла

Эффект Холла - это создание разности напряжений ( напряжения Холла ) на электрическом проводнике , поперечной электрическому току в проводнике и приложенному магнитному полю, перпендикулярному току. Он был открыт Эдвином Холлом в 1879 году. ^[1]^[2]

Эффект Холла может также возникать через пустоту или отверстие в полупроводнике или металлической пластине, когда ток вводится через контакты, которые лежат на границе или краю пустоты или отверстия, и заряд течет за пределы пустоты или отверстия в металле. или полупроводник. Этот эффект Холла становится заметным в перпендикулярном магнитном поле, приложенном к контактам напряжения, которые лежат на границе пустоты по обе стороны от линии, соединяющей токовые контакты, он демонстрирует очевидное изменение знака по сравнению со стандартным обычным эффектом Холла в односвязных образец, и этот эффект Холла зависит только от тока, вводимого изнутри пустоты. ^[3]

Суперпозиция также может быть реализована в эффекте Холла: представьте себе стандартную конфигурацию Холла, односвязную (без пустот) тонкую прямоугольную однородную пластину Холла с контактами тока и напряжения на (внешней) границе, которая создает напряжение Холла в перпендикулярном магнитном поле. . Теперь представьте, что в этой стандартной холловской конфигурации размещается прямоугольная полость или отверстие с контактами тока и напряжения, как упоминалось выше, на внутренней границе или краю пустоты. Для простоты токовые контакты на границе пустоты можно совместить с токовыми контактами на внешней границе в стандартной конфигурации Холла. В такой конфигурации два эффекта Холла могут быть реализованы и наблюдаться одновременно в одном и том же двусвязном устройстве:Эффект Холла на внешней границе, который пропорционален току, подаваемому только через внешнюю границу, и явно измененный знак эффекта Холла на внутренней границе, который пропорционален току, подаваемому только через внутреннюю границу. Суперпозиция множественных эффектов Холла может быть реализована путем размещения множества пустот внутри элемента Холла с контактами тока и напряжения на границе каждой пустоты.^[3] Патент DE 4308375.

Коэффициент Холла определяется как отношение индуцированного электрического поля к произведению плотности тока и приложенного магнитного поля. Это характеристика материала, из которого изготовлен проводник, поскольку его величина зависит от типа, количества и свойств носителей заряда , составляющих ток.

Для ясности исходный эффект иногда называют обычным эффектом Холла, чтобы отличить его от других «эффектов Холла», которые могут иметь дополнительные физические механизмы, но основываются на этих основах.

Открытие [ править ]

Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( Март 2019 г. )

Современная теория электромагнетизма была систематизирована Джеймсом Клерком Максвеллом в статье « О физических силовых линиях », которая была опубликована в четырех частях между 1861–1862 гг. В то время как статья Максвелла установила прочную математическую основу для теории электромагнетизма, подробные механизмы теории все еще исследуются. Один из таких вопросов касался деталей взаимодействия между магнитами и электрическим током, в том числе о том, взаимодействуют ли магнитные поля с проводниками или с самим электрическим током. В 1879 году Эдвин Холл исследовал это взаимодействие, и обнаружил эффект Холла , когда он работал над докторской степенью в Университете Джона Хопкинса в Балтиморе ,Мэриленд . ^{[4] За} восемнадцать лет до открытия электрона его измерения крошечного эффекта, производимого в аппарате, который он использовал, были экспериментальным Tour de Force , опубликованным под названием «О новом действии магнита на электрические токи». ^[5]^[6]^[7]

Теория [ править ]

Эффект Холла возникает из-за характера тока в проводнике. Ток состоит из движения множества небольших носителей заряда , обычно электронов , дырок , ионов (см. Электромиграция ) или всех трех. Когда присутствует магнитное поле, эти заряды испытывают силу, называемую силой Лоренца . ^[8] Когда такое магнитное поле отсутствует, заряды следуют приблизительно по прямым путям «прямой видимости» между столкновениями с примесями, фононами.и т. д. Однако, когда применяется магнитное поле с перпендикулярной составляющей, их пути между столкновениями искривлены, таким образом, движущиеся заряды накапливаются на одной стороне материала. Это оставляет равные и противоположные заряды на другой стороне, где мало мобильных зарядов. Результатом является асимметричное распределение плотности заряда по элементу Холла, возникающее из-за силы, перпендикулярной как пути «луча зрения», так и приложенному магнитному полю. Разделение зарядов создает электрическое поле, которое препятствует миграции дальнейшего заряда, поэтому постоянный электрический потенциал устанавливается, пока заряд течет. ^[9]

В классическом электромагнетизме электроны движутся в направлении, противоположном току $I$ (по соглашению «ток» описывает теоретический «поток дырок»). В некоторых металлах и полупроводниках кажется, что «дырки» действительно текут, потому что направление напряжения противоположно приведенному ниже выводу.

Установка для измерения эффекта Холла электронов. Первоначально электроны движутся по изогнутой стрелке из-за магнитной силы. На некотором расстоянии от текущих контактов для введения, электроны накапливаются на левой стороне и разрушающем с правой стороны, который создает электрическое поле

£ , у

в направлении назначенного

V H

.

V H

отрицателен для некоторых полупроводников, в которых, кажется, текут «дыры». В установившемся режиме

ξ y

будет достаточно сильным, чтобы точно нейтрализовать магнитную силу, поэтому электроны следуют по прямой стрелке (пунктирная).

Воспроизвести медиа

Анимация, показывающая упрощенный принцип

Для простого металла, в котором есть только один тип носителя заряда (электроны), напряжение Холла $V H$ может быть получено с помощью силы Лоренца и, видя, что в стационарном состоянии заряды не движутся по оси $y.$ направление. Таким образом, магнитная сила, действующая на каждый электрон в направлении оси $y$ , компенсируется электрической силой оси $y$ из-за накопления зарядов. Член $v x$ - это скорость дрейфа тока, который в этой точке по соглашению считается дырками. Член $v x B z$ отрицателен в $y$ - направление оси по правилу правой руки.

{\ Displaystyle \ mathbf {F} = д {\ bigl (} \ mathbf {E} + \ mathbf {v} \ times \ mathbf {B} {\ bigl)}}

В установившемся режиме $F = 0$ , поэтому $0 = E y - v x B z$ , где $E y$ задается в направлении оси $y$ (а не со стрелкой индуцированного электрического поля $ξ y,$ как на изображении (указывает в направлении $- y$ ), который сообщает вам, куда указывает поле, вызванное электронами).

В проводах текут электроны вместо дырок, поэтому $v x \to - v x$ и $q \to - q$ . Также $E y = - V H / ш$ . Замена этих изменений дает

{\ Displaystyle V _ {\ mathrm {H}} = v_ {x} B_ {z} w}

Обычный «дырочный» ток проходит в отрицательном направлении электронного тока и отрицательном направлении электрического заряда, что дает $I x = ntw (- v x) (- e),$ где $n$ - плотность носителей заряда , $tw$ - поперечное сечение площадь, а $- e$ - заряд каждого электрона. Решение и подключение к вышеуказанному дает напряжение Холла: ${\ displaystyle w}$

{\ displaystyle V _ {\ mathrm {H}} = {\ frac {I_ {x} B_ {z}} {nte}}}

Если бы накопление заряда было положительным (как в некоторых металлах и полупроводниках), то значение $V H$ на изображении было бы отрицательным (положительный заряд образовался бы на левой стороне).

Коэффициент Холла определяется как

{\ displaystyle R _ {\ mathrm {H}} = {\ frac {E_ {y}} {j_ {x} B_ {z}}}}

или же

\mathbf {E} =-R_{\mathrm {H} }(\mathbf {J} _{c}\times \mathbf {B} )

где $j$ - плотность тока электронов-носителей, а $E y$ - индуцированное электрическое поле. В единицах СИ это становится

R_{\mathrm {H} }={\frac {E_{y}}{j_{x}B}}={\frac {V_{\mathrm {H} }t}{IB}}={\frac {1}{ne}}.

(Единицы измерения $R H$ обычно выражаются как м ³ / Кл, Ом · см / Г или другие варианты.) В результате эффект Холла очень полезен как средство измерения либо плотности носителей, либо магнитного поля. .

Одна очень важная особенность эффекта Холла состоит в том, что он различает положительные заряды, движущиеся в одном направлении, и отрицательные, движущиеся в противоположном. На диаграмме выше представлен эффект Холла с отрицательным носителем заряда (электроном). Но представьте, что применяются те же магнитное поле и ток, но ток переносится внутри устройства на эффекте Холла положительной частицей. Чтобы ток был одинаковым, частица, конечно, должна была бы двигаться в направлении, противоположном направлению движения электрона - вниз на диаграмме, а не вверх, как электрон. Таким образом, мнемонически говоря, ваш большой палец в законе силы Лоренца , представляющий (условный) ток, будет указывать на то же самое.направление, как и раньше, потому что ток такой же - электрон, движущийся вверх, имеет тот же ток, что и положительный заряд, движущийся вниз. И с теми же пальцами (магнитное поле), что интересно, носитель заряда отклоняется влево на диаграмме независимо от того, положительный он или отрицательный. Но если положительные носители отклоняются влево, они создают относительно положительное напряжение слева, тогда как отрицательные носители (а именно электроны) создают отрицательное напряжение слева, как показано на схеме. Таким образом, для того же тока и магнитного поля полярность напряжения Холла зависит от внутренней природы проводника и полезна для выяснения его внутренней работы.

Это свойство эффекта Холла стало первым реальным доказательством того, что электрические токи в большинстве металлов переносятся движущимися электронами, а не протонами. Он также показал, что в некоторых веществах (особенно в полупроводниках p-типа ), напротив, более целесообразно рассматривать ток как движущиеся положительные « дырки », а не как отрицательные электроны. Распространенный источник путаницы с эффектом Холла в таких материалах заключается в том, что дырки, движущиеся в одну сторону, на самом деле являются электронами, движущимися в противоположную сторону, поэтому можно ожидать, что полярность напряжения Холла будет такой же, как если бы электроны были носителями заряда, как в большинстве металлов и n полупроводники типа. Однако мы наблюдаем противоположную полярность напряжения Холла, что указывает на положительные носители заряда. Однако, конечно, в полупроводниках p-типа нет реальных позитронов или других положительных элементарных частиц, несущих заряд , отсюда и название «дырки». Точно так же, как чрезмерно упрощенная картина света в стекле как фотонов, поглощаемых и повторно испускаемых для объяснения преломления, разрушается при более тщательном рассмотрении, это очевидное противоречие также может быть разрешено только современной квантовой теорией квазичастиц, в которой коллективное квантованное движение нескольких частиц может, в реальном физическом смысле, рассматриваться как отдельная частица (хотя и не элементарная).^[10]

Вне зависимости от этого неоднородность в проводящем образце может привести к ложному признаку эффекта Холла даже в идеальной ван-дер-Пау конфигурации электродов. Например, эффект Холла, соответствующий положительным носителям, наблюдался, очевидно, в полупроводниках n-типа. ^[11] Другой источник артефактов в однородных материалах возникает, когда форматное соотношение образца недостаточно велико: полное напряжение Холла возникает только вдали от токоподводящих контактов, так как на контактах поперечное напряжение замыкается на ноль. .

Эффект Холла в полупроводниках [ править ]

Когда полупроводник с током находится в магнитном поле, носители заряда полупроводника испытывают силу в направлении, перпендикулярном как магнитному полю, так и току. В состоянии равновесия на краях полупроводника появляется напряжение.

Приведенная выше простая формула для коэффициента Холла обычно является хорошим объяснением, когда в проводимости преобладает один носитель заряда . Однако для полупроводников и многих металлов теория более сложна, потому что в этих материалах проводимость может включать значительный одновременный вклад как электронов, так и дырок , которые могут присутствовать в разных концентрациях и иметь разную подвижность . Для умеренных магнитных полей коэффициент Холла ^[12]^[13]

R_{\mathrm {H} }={\frac {p\mu _{\mathrm {h} }^{2}-n\mu _{\mathrm {e} }^{2}}{e(p\mu _{\mathrm {h} }+n\mu _{\mathrm {e} })^{2}}}

или эквивалентно

R_{\mathrm {H} }={\frac {p-nb^{2}}{e(p+nb)^{2}}}

с

b={\frac {\mu _{\mathrm {e} }}{\mu _{\mathrm {h} }}}.

Здесь $n$ - концентрация электронов, $p$ - концентрация дырок, $μ e$ - подвижность электронов, $μ h$ - подвижность дырок и $e$ - элементарный заряд.

Для больших прикладных полей справедливо более простое выражение, аналогичное выражению для одного типа несущей.

Связь со звездообразованием [ править ]

Хотя хорошо известно, что магнитные поля играют важную роль в звездообразовании, исследовательские модели ^[14]^[15]^[16] показывают, что диффузия Холла критически влияет на динамику гравитационного коллапса, который формирует протозвезды.

Квантовый эффект Холла [ править ]

Для двумерной электронной системы, которая может быть получена в полевом МОП-транзисторе , в присутствии большой напряженности магнитного поля и низкой температуры , можно наблюдать квантовый эффект Холла, при котором проводимость Холла $σ$ претерпевает квантовые холловские переходы, чтобы принять квантованные значения.

Эффект спин-холла [ править ]

Спиновый эффект Холла заключается в накоплении спина на боковых границах образца с током. Магнитное поле не требуется. Это было предсказано Михаилом Дьяконовым и В.И. Перелем в 1971 году и наблюдалось экспериментально более 30 лет спустя как в полупроводниках, так и в металлах, как при криогенных, так и при комнатных температурах.

Квантовый спиновый эффект Холла [ править ]

Для двумерных квантовых ям теллурида ртути с сильной спин-орбитальной связью в нулевом магнитном поле при низкой температуре недавно был обнаружен квантовый спиновый эффект Холла.

Аномальный эффект Холла [ править ]

В ферромагнитных материалах (и парамагнитных материалах в магнитном поле ) сопротивление Холла включает дополнительный вклад, известный как аномальный эффект Холла (или необычный эффект Холла ), который напрямую зависит от намагниченности материала и часто намного больше. чем обычный эффект Холла. (Обратите внимание, что этот эффект не связан с вкладом намагниченности в общее магнитное поле.) Например, в никеле аномальный коэффициент Холла примерно в 100 раз больше, чем обычный коэффициент Холла вблизи температуры Кюри, но эти два значения похожи при очень низких температурах. ^[17] Хотя это хорошо известное явление, до сих пор ведутся споры о его происхождении в различных материалах. Аномальный эффект Холла может быть либо примесный эффект (расстройства) , связанное из - за спин - -зависимое рассеяние из носителей заряда , или внутренного эффекта , который можно описать в терминах фазового Берри эффекта в импульсном пространстве кристалла ( $к$ -пространству ). ^[18]

Эффект Холла в ионизированных газах [ править ]

Эффект Холла в ионизированном газе ( плазме ) существенно отличается от эффекта Холла в твердых телах (где параметр Холла всегда намного меньше единицы). В плазме параметр Холла может принимать любое значение. Параметр Холла, $β$ , в плазме представляет собой отношение между электронной гирочастотой , $Омами е$ и частотой столкновений частиц электрона-тяжелым, $v$ , :

\beta ={\frac {\Omega _{\mathrm {e} }}{\nu }}={\frac {eB}{m_{\mathrm {e} }\nu }}

куда

$e$ - элементарный заряд (примерно1,6 × 10 ⁻¹⁹ С )
$B$ - магнитное поле (в теслах )
$m e$ - масса электрона (приблизительно9,1 × 10 ⁻³¹ кг ).

Значение параметра Холла увеличивается с увеличением напряженности магнитного поля.

Физически траектории электронов искривлены силой Лоренца . Тем не менее, когда параметр Холла мал, их движение между двумя столкновениями с тяжелыми частицами ( нейтральными или ионными ) почти линейно. Но если параметр Холла велик, движение электронов сильно искривлено. Плотность тока вектор, $J$ , больше не коллинеарны с электрическим полем вектора, $Е$ . Эти два вектора $J$ и $Е$ делают угол Холла , & $thetas$ , который также дает параметр Холла:

\beta =\tan(\theta ).

Приложения [ править ]

Датчики Холла часто используются в качестве магнитометров , т. Е. Для измерения магнитных полей или проверки материалов (например, труб или трубопроводов) с использованием принципов рассеяния магнитного потока .

Устройства на эффекте Холла производят очень низкий уровень сигнала и поэтому требуют усиления. Ламповые усилители, доступные в первой половине 20-го века, подходили для лабораторных приборов, но были слишком дорогими, энергоемкими и ненадежными для повседневного использования. Только с разработкой недорогой интегральной схемы датчик на эффекте Холла стал пригодным для массового применения. Многие устройства, которые сейчас продаются как датчики на эффекте Холла, фактически содержат как датчик, как описано выше, так и усилитель на интегральной схеме (IC) с высоким коэффициентом усиления в одном корпусе. Недавние достижения позволили добавить в один пакет аналого-цифровой преобразователь и I²C.(Протокол связи между интегральными схемами) IC для прямого подключения к порту ввода / вывода микроконтроллера .

Преимущества перед другими методами [ править ]

Устройства на эффекте Холла (при надлежащей упаковке) невосприимчивы к пыли, грязи, грязи и воде. Эти характеристики делают устройства на эффекте Холла лучшими для определения положения, чем альтернативные средства, такие как оптическое и электромеханическое определение.

Датчик тока на эффекте Холла с внутренним усилителем на интегральной схеме. Отверстие 8 мм. Выходное напряжение нулевого тока находится посередине между напряжениями питания, которые поддерживают дифференциал от 4 до 8 вольт. Отклик на ненулевой ток пропорционален подаваемому напряжению и линейен до 60 ампер для данного конкретного устройства (25 А).

Когда электроны проходят через проводник, создается магнитное поле. Таким образом, можно создать бесконтактный датчик тока. Устройство имеет три терминала. Напряжение датчика подается на два вывода, а третий обеспечивает напряжение, пропорциональное измеряемому току. У этого есть несколько преимуществ; в первичную цепь не нужно вставлять дополнительное сопротивление ( шунт , необходимый для наиболее распространенного метода измерения тока). Кроме того, напряжение, присутствующее в линии, которая должна быть измерена, не передается на датчик, что повышает безопасность измерительного оборудования.

Недостатки по сравнению с другими методами [ править ]

Магнитный поток из окружающей среды (например, других проводов) может уменьшать или увеличивать поле, которое зонд Холла намеревается обнаружить, что делает результаты неточными.

Способы измерения механических положений в электромагнитной системе, такой как бесщеточный двигатель постоянного тока, включают (1) эффект Холла, (2) оптический датчик положения (например, абсолютные и инкрементальные датчики ) и (3) индуцированное напряжение путем перемещения величины металлического сердечника, вставленного в трансформатор. Когда Холла сравнивают с фоточувствительными методами, с Холлом труднее получить абсолютную позицию. Обнаружение Холла также чувствительно к паразитным магнитным полям. ^{[ необходима цитата ]}

Современные приложения [ править ]

Датчики на эффект Холла легко доступны из целого ряда различных производителей, и могут быть использованы в различных датчиках , такие как вращающиеся датчики скорости (колеса велосипеда шестеренных зубы, автомобильные спидометры, электронные системы зажигания), жидкие датчики потока , датчики тока и давление датчики . Общие приложения часто встречаются там, где требуется прочный и бесконтактный переключатель или потенциометр. К ним относятся: электрические пистолеты для страйкбола , триггеры электропневматических ружей для пейнтбола , регуляторы скорости картинга, смартфоны и некоторые системы глобального позиционирования.

Преобразователь тока на эффекте Холла с ферритовым тороидом [ править ]

Схема преобразователя тока на эффекте Холла, встроенного в ферритовое кольцо.

Датчики Холла могут легко обнаруживать паразитные магнитные поля, в том числе магнитные поля Земли, поэтому они хорошо работают в качестве электронных компасов: но это также означает, что такие паразитные поля могут препятствовать точным измерениям малых магнитных полей. Чтобы решить эту проблему, датчики Холла часто интегрируют с каким-либо магнитным экраном. Например, датчик Холла, интегрированный в ферритовое кольцо (как показано), может уменьшить обнаружение полей рассеяния в 100 раз или лучше (поскольку внешние магнитные поля компенсируются через кольцо, не давая остаточного магнитного потока ). Эта конфигурация также обеспечивает улучшение отношения сигнал / шум и эффекты дрейфа более чем в 20 раз по сравнению с устройством Холла без покрытия.

Диапазон данного проходного датчика может быть расширен вверх и вниз с помощью соответствующей проводки. Чтобы расширить диапазон до более низких токов, можно сделать несколько витков токоведущего провода через отверстие, каждый виток добавит к выходному сигналу датчика одно и то же количество; при установке датчика на печатную плату повороты могут выполняться скобами на плате. Чтобы расширить диапазон до более высоких токов, можно использовать делитель тока. Делитель разделяет ток по двум проводам разной ширины, и более тонкий провод, по которому проходит меньшая часть общего тока, проходит через датчик.

Множественные "повороты" и соответствующая передаточная функция.

Датчик с разъемным кольцом [ править ]

В разновидности кольцевого датчика используется раздельный датчик, который закрепляется на линии, что позволяет использовать устройство во временном испытательном оборудовании. При использовании в стационарной установке раздельный датчик позволяет проверять электрический ток без демонтажа существующей цепи.

Аналоговое умножение [ править ]

Выходной сигнал пропорционален приложенному магнитному полю и приложенному напряжению датчика. Если магнитное поле приложено соленоидом, выходной сигнал датчика пропорционален произведению тока через соленоид и напряжения датчика. Поскольку большинство приложений, требующих вычислений, в настоящее время выполняются небольшими цифровыми компьютерами , оставшееся полезное приложение - измерение мощности, которое объединяет измерение тока с измерением напряжения в одном устройстве с эффектом Холла.

Измерение мощности [ править ]

Измеряя ток, подаваемый на нагрузку, и используя приложенное к устройству напряжение в качестве напряжения датчика, можно определить мощность, рассеиваемую устройством.

Определение положения и движения [ править ]

Устройства на эффекте Холла, используемые в датчиках движения и концевых выключателях движения, могут обеспечить повышенную надежность в экстремальных условиях. Поскольку внутри датчика или магнита нет движущихся частей, средний срок службы увеличивается по сравнению с традиционными электромеханическими переключателями. Кроме того, датчик и магнит могут быть заключены в соответствующий защитный материал. Это приложение используется в бесщеточных двигателях постоянного тока .

Датчики на эффекте Холла, прикрепленные к механическим датчикам, которые имеют намагниченные индикаторные иглы, могут преобразовывать физическое положение или ориентацию стрелки механического индикатора в электрический сигнал, который может использоваться электронными индикаторами, элементами управления или устройствами связи. ^[19]

Автомобильное зажигание и впрыск топлива [ править ]

Обычно используемый в распределителях для определения угла опережения зажигания (и в некоторых типах датчиков положения коленчатого вала и распределительного вала для определения времени импульса впрыска, определения скорости и т. Д.), Датчик эффекта Холла используется как прямая замена механических точек прерывания, используемых в более ранних автомобильных приложениях. Его использование в качестве устройства регулировки угла опережения зажигания в распределителях различных типов заключается в следующем. Стационарный постоянный магнит и полупроводниковая микросхема с эффектом Холла установлены рядом друг с другом и разделены воздушным зазором, образуя датчик Холла. Металлический ротор, состоящий из окон и выступов, установлен на валу и расположен так, что во время вращения вала окна и выступы проходят через воздушный зазор между постоянным магнитом и полупроводниковым кристаллом Холла. Это эффективно защищает кристалл Холла от постоянного магнита.s поле, соответствующее тому, проходит ли вкладка или окно через датчик Холла. Для определения угла опережения зажигания металлический ротор будет иметь ряд выступов и окон одинакового размера, соответствующих количеству цилиндров двигателя. Это дает однородный выходной сигнал прямоугольной формы, поскольку время включения / выключения (экранирование и экспонирование) одинаково. Этот сигнал используется компьютером двигателя или ЭБУ для управления моментом зажигания. Многие автомобильные датчики на эффекте Холла имеют встроенный NPN-транзистор сМногие автомобильные датчики на эффекте Холла имеют встроенный NPN-транзистор сМногие автомобильные датчики на эффекте Холла имеют встроенный NPN-транзистор соткрытый коллектор и заземленный эмиттер, что означает, что вместо напряжения, создаваемого на выходном сигнальном проводе датчика Холла, включается транзистор, обеспечивая цепь для заземления через выходной сигнальный провод.

Определение вращения колеса [ править ]

Определение вращения колеса особенно полезно в антиблокировочных тормозных системах . Принципы работы таких систем были расширены и уточнены, чтобы предложить больше, чем функции противоскольжения, теперь они обеспечивают расширенные улучшения управляемости автомобиля .

Управление электродвигателем [ править ]

Некоторые типы бесщеточных электродвигателей постоянного тока используют датчики на эффекте Холла для определения положения ротора и передачи этой информации на контроллер двигателя. Это позволяет более точно управлять двигателем.

Промышленное применение [ править ]

Применения для измерения эффекта Холла также распространились на промышленные приложения, которые теперь используют джойстики Холла для управления гидравлическими клапанами, заменяя традиционные механические рычаги бесконтактным датчиком. К таким приложениям относятся карьерные самосвалы, экскаваторы-погрузчики, краны, экскаваторы, ножничные подъемники и т. Д.

Двигательная установка космического корабля [ править ]

Эффекте Холла подруливающее (HET) представляет собой устройство , относительно низкой мощности , который используется для приведения в движение какой - то космический корабль , после того, как он попадает в орбиту или дальше в космос. В HET, атомы являются ионизируются и ускоряются электрическим полем . Радиальное магнитное поле, создаваемое магнитами на двигателе, используется для захвата электронов, которые затем вращаются по орбите, и создает электрическое поле.за счет эффекта Холла. Между концом двигателя малой тяги, куда подается нейтральное топливо, и частью, где образуются электроны, устанавливается большой потенциал; таким образом, электроны, захваченные магнитным полем, не могут упасть до более низкого потенциала. Таким образом, они чрезвычайно энергичны, что означает, что они могут ионизировать нейтральные атомы. Нейтральное топливо закачивается в камеру и ионизируется захваченными электронами. Затем положительные ионы и электроны выбрасываются из двигателя в виде квазинейтральной плазмы , создавая тягу.

Эффект Корбино [ править ]

Диск Корбино - пунктирные кривые представляют логарифмические спиральные траектории отклоненных электронов.

Эффект Корбино - это явление, связанное с эффектом Холла, но металлический образец в форме диска используется вместо прямоугольного. Благодаря своей форме диск Корбино позволяет наблюдать магнитосопротивление на основе эффекта Холла без соответствующего напряжения Холла.

Радиальный ток через круглый диск, подвергнутый воздействию магнитного поля, перпендикулярного плоскости диска, создает «круговой» ток через диск. ^[20]

Отсутствие свободных поперечных границ упрощает интерпретацию эффекта Корбино по сравнению с эффектом Холла.

См. Также [ править ]

Конденсатор
Преобразователь
Кулоновский потенциал между двумя токовыми петлями, заключенными в магнитное поле
Вихревой ток
Эрик Фосетт
Список статей по плазме (физике)
Эффект Нернста
Квантовый эффект Холла
Дробный квантовый эффект Холла
Квантовый аномальный эффект Холла
Эффект Зенфтлбена – Бинаккера
Эффект спин-холла
Тепловой эффект Холла

Ссылки [ править ]

↑ Эдвин Холл (1879). «О новом действии магнита на электрические токи» . Американский журнал математики . 2 (3): 287–92. DOI : 10.2307 / 2369245 . JSTOR 2369245 . Архивировано из оригинала на 2011-07-27 . Проверено 28 февраля 2008 .
^ "Эффект Холла | Определение и факты" . Британская энциклопедия . Проверено 13 февраля 2020 .
^ a b Mani, RG; фон Клитцинг, К. (1994-03-07). «Эффект Холла в условиях нулевого тока» . Письма по прикладной физике . 64 (10): 1262–1264. DOI : 10.1063 / 1.110859 . ISSN 0003-6951 .
^ Бриджмена, PW (1939). Биографические воспоминания Эдвина Герберта Холла . Национальная академия наук.
^ Холл, EH (1879). «О новом действии магнита на электрические токи» . Американский журнал математики . JSTOR. 2 (3): 287. DOI : 10,2307 / 2369245 . ISSN 0002-9327 .
^ "История эффекта Холла" . Проверено 26 июля 2015 .
^ Рамсден, Эдвард (2006). Датчики на эффекте Холла . Elsevier Inc., стр. Xi. ISBN 978-0-7506-7934-3.
^ "Эффект Холла" . NIST . Архивировано из оригинала на 2008-03-07 . Проверено 28 февраля 2008 .
^ "Датчик эффекта Холла" . Электронные учебники .
^ NW Ashcroft и ND Mermin "Физика твердого тела" ISBN 978-0-03-083993-1
^ Огаки, Такеши; Охаши, Наоки; Сугимура, Шигеаки; Рёкен, Харуки; Сакагути, Исао; Адачи, Ютака; Ханеда, Хадзиме (2008). «Положительные коэффициенты Холла, полученные при смещении контактов на очевидных пленках и кристаллах ZnO n- типа». Журнал материаловедения . 23 (9): 2293. Bibcode : 2008JMatR..23.2293O . DOI : 10.1557 / JMR.2008.0300 .
^ Касап, Сафа. «Эффект Холла в полупроводниках» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 21 августа 2008 года.
^ "Эффект Холла" . hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Проверено 13 февраля 2020 .
^ Марк Уордл (2004). «Звездообразование и эффект Холла». Астрофизика и космическая наука . 292 (1): 317–323. arXiv : astro-ph / 0307086 . Bibcode : 2004Ap и SS.292..317W . CiteSeerX 10.1.1.746.8082 . DOI : 10,1023 / Б: ASTR.0000045033.80068.1f .
^ Плетение, CR; Уордл, М. (2012). «Эффект Холла в звездообразовании». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 422 (1): 261. arXiv : 1109.1370 . Bibcode : 2012MNRAS.422..261B . DOI : 10.1111 / j.1365-2966.2012.20601.x .
^ Плетение, CR; Уордл, М. (2012). «Эффект Холла в аккреционных потоках». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 427 (4): 3188. arXiv : 1208.5887 . Bibcode : 2012MNRAS.427.3188B . DOI : 10.1111 / j.1365-2966.2012.22001.x .
↑ Роберт Карплюс и Дж. М. Латтинджер (1954). «Эффект Холла в ферромагнетиках». Phys. Ред . 95 (5): 1154–1160. Bibcode : 1954PhRv ... 95.1154K . DOI : 10.1103 / PhysRev.95.1154 .
↑ Н. А. Синицын (2008). «Полуклассические теории аномального эффекта Холла». Журнал физики: конденсированное вещество . 20 (2): 023201. arXiv : 0712.0183 . Bibcode : 2008JPCM ... 20b3201S . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 20/02/023201 .
↑ Tank Sensors & Probes , Electronic Sensors, Inc., получено 8 августа 2018 г.
^ Адамс, EP (1915). Эффекты Холла и Корбино . Труды Американского философского общества . 54 . С. 47–51. Полномочный код : 1916PhDT ......... 2C . ISBN 978-1-4223-7256-2. Проверено 24 января 2009 .

Источники [ править ]

Введение в физику плазмы и управляемый синтез, Том 1, Физика плазмы, второе издание, 1984, Фрэнсис Ф. Чен

Дальнейшее чтение [ править ]

Baumgartner, A .; Ihn, T .; Ensslin, K .; Папп, G .; Peeters, F .; Марановский, К .; Госсард, AC (2006). «Классический эффект Холла в экспериментах со сканирующим затвором». Physical Review B . 74 (16). Bibcode : 2006PhRvB..74p5426B . DOI : 10.1103 / PhysRevB.74.165426 . ЛВП : 10067/613600151162165141 .
Annraoi M. de Paor. Поправка к классическому двухвидовому коэффициенту Холла с использованием теории двухпортовых сетей . Международный журнал электротехнического образования 43/4.
NIST Эффект Холла
Вашингтонский университет Эффект Холла

Внешние ссылки [ править ]

Патенты

Патент США 1,778,796 , PH Craig, Система и устройство, использующие эффект Холла.
Патент США 3596114 , Дж. Т. Мопин , Е. А. Фортманн, Бесконтактный переключатель на эффекте Холла с предварительно смещенным триггером Шмитта
Патент США 5646527 , RG Mani & K. von Klitzing, "Устройство на эффекте Холла с подключениями по току и напряжению Холла".

Общий

Понимание и применение эффекта Холла
Двигатели на эффекте Холла Alta Space
Калькуляторы эффекта холла
Интерактивное руководство на Java по эффекту Холла Национальная лаборатория сильных магнитных полей
Статья Science World (wolfram.com) .
« Эффект Холла ». nist.gov.
Таблица с коэффициентами Холла различных элементов при комнатной температуре .
Моделирование эффекта Холла как видео на Youtube
Эффект Холла в электролитах
Боули, Роджер (2010). «Эффект Холла» . Шестьдесят символов . Brady Харан для Ноттингемского университета .

[1] Эдвин Холл (1879). «О новом действии магнита на электрические токи» . Американский журнал математики . 2 (3): 287–92. DOI : 10.2307 / 2369245 . JSTOR 2369245 . Архивировано из оригинала на 2011-07-27 . Проверено 28 февраля 2008 .

[2] "Эффект Холла | Определение и факты" . Британская энциклопедия . Проверено 13 февраля 2020 .

[:0-3] Mani, RG; фон Клитцинг, К. (1994-03-07). «Эффект Холла в условиях нулевого тока» . Письма по прикладной физике . 64 (10): 1262–1264. DOI : 10.1063 / 1.110859 . ISSN 0003-6951 .

[bridgeman-momoir-4] Бриджмена, PW (1939). Биографические воспоминания Эдвина Герберта Холла . Национальная академия наук.

[5] Холл, EH (1879). «О новом действии магнита на электрические токи» . Американский журнал математики . JSTOR. 2 (3): 287. DOI : 10,2307 / 2369245 . ISSN 0002-9327 .

[6] "История эффекта Холла" . Проверено 26 июля 2015 .

[7] Рамсден, Эдвард (2006). Датчики на эффекте Холла . Elsevier Inc., стр. Xi. ISBN 978-0-7506-7934-3.

[8] "Эффект Холла" . NIST . Архивировано из оригинала на 2008-03-07 . Проверено 28 февраля 2008 .

[9] "Датчик эффекта Холла" . Электронные учебники .

[10] NW Ashcroft и ND Mermin "Физика твердого тела" ISBN 978-0-03-083993-1

[11] Огаки, Такеши; Охаши, Наоки; Сугимура, Шигеаки; Рёкен, Харуки; Сакагути, Исао; Адачи, Ютака; Ханеда, Хадзиме (2008). «Положительные коэффициенты Холла, полученные при смещении контактов на очевидных пленках и кристаллах ZnO n- типа». Журнал материаловедения . 23 (9): 2293. Bibcode : 2008JMatR..23.2293O . DOI : 10.1557 / JMR.2008.0300 .

[Kasap2001-12] Касап, Сафа. «Эффект Холла в полупроводниках» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 21 августа 2008 года.

[13] "Эффект Холла" . hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Проверено 13 февраля 2020 .

[14] Марк Уордл (2004). «Звездообразование и эффект Холла». Астрофизика и космическая наука . 292 (1): 317–323. arXiv : astro-ph / 0307086 . Bibcode : 2004Ap и SS.292..317W . CiteSeerX 10.1.1.746.8082 . DOI : 10,1023 / Б: ASTR.0000045033.80068.1f .

[15] Плетение, CR; Уордл, М. (2012). «Эффект Холла в звездообразовании». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 422 (1): 261. arXiv : 1109.1370 . Bibcode : 2012MNRAS.422..261B . DOI : 10.1111 / j.1365-2966.2012.20601.x .

[16] Плетение, CR; Уордл, М. (2012). «Эффект Холла в аккреционных потоках». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 427 (4): 3188. arXiv : 1208.5887 . Bibcode : 2012MNRAS.427.3188B . DOI : 10.1111 / j.1365-2966.2012.22001.x .

[17] Роберт Карплюс и Дж. М. Латтинджер (1954). «Эффект Холла в ферромагнетиках». Phys. Ред . 95 (5): 1154–1160. Bibcode : 1954PhRv ... 95.1154K . DOI : 10.1103 / PhysRev.95.1154 .

[sinitsyn-08jpa-18] Н. А. Синицын (2008). «Полуклассические теории аномального эффекта Холла». Журнал физики: конденсированное вещество . 20 (2): 023201. arXiv : 0712.0183 . Bibcode : 2008JPCM ... 20b3201S . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 20/02/023201 .

[esi_tank_sensors-19] Tank Sensors & Probes , Electronic Sensors, Inc., получено 8 августа 2018 г.

[Adams1915-20] Адамс, EP (1915). Эффекты Холла и Корбино . Труды Американского философского общества . 54 . С. 47–51. Полномочный код : 1916PhDT ......... 2C . ISBN 978-1-4223-7256-2. Проверено 24 января 2009 .