تأثير هول سلبي وإيجابي ثابت على Adiabatic

في سلك يحمل تيارًا موضوعًا في مجال مغناطيسي ، يتم استحثاث الجهد في اتجاه عمودي لاتجاهات التيار الكهربائي والمجال المغناطيسي. تسمى ظاهرة ظهور مثل هذا الجهد بتأثير هول ، ويسمى الجهد المستحث نفسه بجهد هول.

في عام 1879 ، اكتشف الفيزيائي الأمريكي إدوين هول (1855-1938) ، أثناء عمله في أطروحته ، تأثيرًا مثيرًا للاهتمام. أخذ صفيحة ذهبية رفيعة تحمل تيارًا مباشرًا ووضعها في مجال مغناطيسي عمودي على مستوى الصفيحة. في هذه الحالة ، ظهر مجال كهربائي إضافي بين حواف اللوحة. في وقت لاحق ، سميت هذه الظاهرة باسم المكتشف. وجد تأثير Hall تطبيقًا واسعًا: فهو يستخدم لقياس تحريض المجال المغناطيسي (مستشعرات Hall) ، وكذلك لدراسة الخصائص الفيزيائية للمواد الموصلة (باستخدام تأثير Hall ، يمكن للمرء حساب تركيز الموجات الحاملة الحالية و علامتهم).

وحدة استشعار تأثير تيار القاعة ACS712 5A

هناك نوعان من ناقلات التيار الكهربائي - ناقلات موجبة تتحرك في اتجاه واحد وحاملات سالبة تتحرك في الاتجاه المعاكس.

الحاملات السالبة التي تتحرك في اتجاه معين عبر مجال مغناطيسي تتعرض لقوة تميل إلى تحويل حركتها من مسار مستقيم. الحاملات الموجبة التي تتحرك في الاتجاه المعاكس عبر نفس المجال المغناطيسي تنحرف في نفس اتجاه الموجات الحاملة السالبة.

نتيجة لمثل هذا الانحراف لجميع الموجات الحاملة الحالية تحت تأثير قوى لورنتز إلى نفس الجانب من الموصل ، يتم إنشاء تدرج مجموعة الناقل ، وعلى جانب واحد من الموصل سيكون عدد الناقلات لكل وحدة حجم أكبر من من جهة أخرى.

يوضح الشكل أدناه النتيجة الإجمالية لهذه العملية عندما يكون هناك عدد متساوٍ من الموجات الحاملة من نوعين.

هنا ، يتم توجيه التدرجات المحتملة الناتجة عن ناقلات من نوعين ضد بعضها البعض ، بحيث لا يمكن اكتشاف تأثيرها عند ملاحظتها من الخارج. إذا كانت الحاملات من نوع واحد أكثر عددًا من ناقلات من نوع آخر ، فإن التدرج اللوني لمجموعة الناقلات يولد إمكانات تدرج هول ، ونتيجة لذلك يمكن اكتشاف جهد Hall المطبق على السلك.

تأثير هول سلبي ثابت الحرارة. إذا كانت الإلكترونات فقط هي حاملات الشحنة ، فإن تدرج درجة الحرارة ونقطة تدرج الجهد الكهربائي في اتجاهين متعاكسين.

تأثير القاعة الأديباتية. إذا كانت الثقوب فقط عبارة عن ناقلات شحن ، فإن تدرج درجة الحرارة وتدرج الجهد الكهربائي في نفس الاتجاه

إذا كان التيار عبر السلك تحت تأثير جهد القاعة مستحيلًا ، فعندئذٍ بين بواسطة قوات لورنتز ومن خلال توازن جهد القاعة يتم تأسيسه.

في هذه الحالة ، تميل قوى لورنتز إلى إنشاء تدرج مجموعة الناقل على طول السلك ، بينما يميل جهد هول إلى استعادة توزيع موحد للسكان عبر حجم السلك.

يتم تحديد قوة (الجهد لكل وحدة سمك) للمجال الكهربائي للقاعة الموجه عموديًا على اتجاهات التيار والمجال المغناطيسي d بالصيغة التالية:

Fz = KzVJ ،

حيث Kz - معامل هول (يمكن أن تختلف علامته وقيمته المطلقة اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على الظروف المحددة) ؛ B - الحث المغناطيسي و J هي كثافة التيار المتدفق في الموصل (قيمة التيار لكل وحدة من مساحة المقطع العرضي للموصل).

يوضح الشكل ورقة من المواد التي توصل تيارًا قويًا عندما تكون نهاياتها متصلة بالبطارية. إذا قمنا بقياس فرق الجهد بين الضلعين المتقابلين ، فسوف نحصل على صفر ، كما هو موضح في الشكل على اليسار. يتغير الوضع عندما يتم تطبيق المجال المغناطيسي B بشكل عمودي على التيار في الورقة ، سنرى أن فرق جهد صغير جدًا V3 يظهر بين الجانبين المتقابلين كما هو موضح في الشكل على اليمين.

يستخدم مصطلح "ثابت الحرارة" لوصف الظروف التي لا يوجد فيها تدفق حراري من الخارج إلى أو من النظام قيد الدراسة.

توجد طبقات من المادة العازلة على جانبي السلك لمنع تدفق الحرارة والتيار في الاتجاه العرضي.

نظرًا لأن جهد القاعة يعتمد على التوزيع غير المتكافئ للناقلات ، فلا يمكن الحفاظ عليه داخل الجسم إلا إذا تم توفير الطاقة من بعض المصادر الخارجية للجسم.تأتي هذه الطاقة من مجال كهربائي ينتج تيارًا أوليًا في المادة. يتم إنشاء اثنين من التدرجات المحتملة في مادة كلفانومغناطيسية.

يتم تعريف التدرج المحتمل الأولي على أنه كثافة التيار الأولي مضروبة في مقاومة المادة ، ويتم تعريف التدرج المحتمل للقاعة على أنه كثافة التيار الأولي مضروبة في معامل هول.

نظرًا لأن هذين التدرجين متعامدين بشكل متبادل ، فيمكننا اعتبار مجموع المتجهات ، والذي سينحرف اتجاهه بزاوية ما عن اتجاه التيار الأصلي.

هذه الزاوية ، التي يتم تحديد قيمتها من خلال نسبة قوى المجال الكهربائي الموجهة في اتجاه التيار والمجال الكهربائي المتولد في اتجاه التيار ، تسمى زاوية هول. يمكن أن يكون موجبًا أو سالبًا فيما يتعلق باتجاه التيار ، اعتمادًا على الناقلات المسيطرة - إيجابية أو سلبية.

مستشعر القرب بتأثير القاعة

يعتمد تأثير هول على آلية تأثير مادة حاملة ذات ملوحة سائدة ، والتي تعتمد على الخصائص الفيزيائية العامة للمادة الموصلة. بالنسبة للمعادن وأشباه الموصلات من النوع n ، تعتبر الإلكترونات حاملة لأشباه الموصلات من النوع p - الثقوب.

تنحرف الشحنات الحاملة للتيار إلى نفس جانب السلك مثل الإلكترونات. إذا كان للثقوب والإلكترونات نفس التركيز ، فإنها تولد جهدين متعاكسين في القاعة. إذا كانت تركيزاتها مختلفة ، فإن أحد هذين الفولتين في القاعة هو السائد ويمكن قياسه.

بالنسبة للحوامل الموجبة ، يكون جهد القاعة المطلوب لمواجهة انحرافات الناقل تحت تأثير قوى لورنتز معاكسًا للجهد المقابل للحوامل السالبة. في المعادن وأشباه الموصلات من النوع n ، قد يتغير هذا الجهد حتى عند تغير المجال الخارجي أو درجة الحرارة.

مستشعر القاعة هو جهاز إلكتروني مصمم لاكتشاف تأثير هول وتحويل نتائجه إلى بيانات. يمكن استخدام هذه البيانات لتشغيل الدوائر وإيقافها ، ويمكن معالجتها بواسطة الكمبيوتر ، ويمكن أن تتسبب في تأثيرات مختلفة توفرها الشركة المصنعة للجهاز والبرنامج.

من الناحية العملية ، تعد مستشعرات Hall عبارة عن دوائر دقيقة بسيطة وغير مكلفة تستخدم المجالات المغناطيسية لاكتشاف المتغيرات مثل النهج أو السرعة أو إزاحة النظام الميكانيكي.

مستشعرات القاعة غير ملامسة ، مما يعني أنها لا تحتاج إلى ملامسة أي عناصر مادية ، يمكنها توليد إشارة رقمية أو تناظرية ، اعتمادًا على تصميمها والغرض منها.

يمكن العثور على مستشعرات تأثير القاعة في الهواتف المحمولة وأجهزة GPS والبوصلة والأقراص الصلبة والمحركات بدون فرش وخطوط تجميع المصانع والسيارات والأجهزة الطبية والعديد من أدوات إنترنت الأشياء.

تطبيق تأثير القاعة: مجسات القاعة و قياس الكميات المغناطيسية