Zjawisko Halla: Różnice pomiędzy wersjami

Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Usunięte 104 bajty ,  5 lat temu
m
[wersja przejrzana][wersja przejrzana]
m (Wycofano edycje użytkownika 157.158.169.112 (dyskusja). Autor przywróconej wersji to Wipur.)
m (WP:SK+Bn)
[[Plik:Hall effect.png|thumb|250px|Efekt Halla<br />1. elektrony, 2. element Halla, 3. magnesy,<br />4. pole magnetyczne, 5. źródło zasilania]]
'''Zjawisko Halla''', '''efekt Halla''' – [[zjawisko fizyczne]] polegające na wystąpieniu różnicy [[potencjał elektryczny|potencjałów]] w przewodniku, w którym płynie [[prąd elektryczny]], gdy przewodnik znajduje się w poprzecznym do płynącego prądu [[pole magnetyczne|polu magnetycznym]]. Ta różnica potencjałów, zwana napięciem Halla, pojawia się między płaszczyznami ograniczającymi przewodnik, prostopadle do płaszczyzny wyznaczanej przez kierunek prądu i wektor [[Indukcja magnetyczna|indukcji magnetycznej]]. Jest ona spowodowana działaniem [[siła Lorentza|siły Lorentza]] na ładunki poruszające się w polu magnetycznym.
 
Zjawisko zostało odkryte w 1879 roku przez [[Edwin Hall|Edwina Halla]] (wówczas doktoranta).
 
== Wyprowadzenie ==
Niech przewodnik będzie prostopadłościanem o bokach ''a, b, c''. Jeśli wzdłuż przewodnika (równolegle do ''a'') płynie prąd o natężeniu ''I'' (nadając nośnikom prądu [[Prędkość dryfu|prędkość unoszenia]] <math>\scriptstyle {\vec v_u}</math>), zaś prostopadle do powierzchni przewodnika (równolegle do ''c'') skierowane jest pole magnetyczne o indukcji <math>\scriptstyle {\vec B}</math>, to na nośniki prądu o [[ładunek elektryczny|ładunku]] ''q'' w kierunku ''b'' działa siła Lorentza:
:: <math>\scriptstyle {\vec F} = q {\vec v_u} \times {\vec B},</math>
 
odchylając te ładunki do jednej ze ścianek. W ten sposób między tą ścianką a ścianką do niej przeciwną wytwarza się różnica gęstości ładunków, a więc i [[pole elektryczne]] o natężeniu <math>\scriptstyle {\vec E}</math>, które może być wyrażone przez różnicę potencjałów. Na kolejne nośniki zatem też działa siła kulombowska. Wypadkowa siła jest równa:
:: <math>\scriptstyle {\vec F} = q {\vec v_u} \times {\vec B} - q {\vec E}.</math>
 
W stanie równowagi, kiedy siła Lorentza i kulombowska się równoważą, zachodzi równanie:
:: <math>\scriptstyle {\vec v_u} \times {\vec B} = {\vec E}</math>
lub
:: <math>\scriptstyle U_H = \frac{1}{nq}\frac{IB}{c} = R_{H}\frac {IB} c,</math>
gdzie:
: ''n'' – [[KoncentracjaGęstość (fizyka)liczbowa|koncentracja]] nośników
: ''q'' – ładunek nośnika prądu (elektrony lub [[dziura elektronowa|dziury]])
: ''c'' – grubość płytki, wymiar w kierunku pola magnetycznego
: ''B'' – wartość indukcji magnetycznej.
 
Napięcie <math>\scriptstyle U_H</math>, powstałe pomiędzy ściankami przewodnika, nazywane jest '''napięciem Halla'''.
 
Stałą Halla wyraża się przeważnie przez m<sup>3</sup>³/[[kulomb|C]] Ω·cm/[[Gaus|Gs]] lub jednostkach pokrewnych.
 
== Detekcja ==
W materiałach wytwarzających niewielkie napięcie Halla, rzędu 10 μV, do jego pomiaru stosuje się metody pośrednie. Przykładowo, badany materiał umieszcza się w stałym polu magnetycznym i podłącza do źródła [[prąd zmienny|prądu zmiennego]]. Prąd ten, płynący wzdłuż próbki, wywołuje powstanie zmiennego napięcia Halla między brzegami próbki w kierunku poprzecznym. Ma ono taką samą [[częstotliwość]] jak prąd podłużny. Napięcie to wzmacnia się [[Wzmacniacz selektywny|wzmacniaczem selektywnym]] i bada [[detektor]]em fazoczułym, który porównuje [[Faza drgań|fazę]] napięcia Halla z fazą prądu podłużnego i rejestruje jedynie prąd o fazie zgodnej z prądem podłużnym<ref name="Subotowicz ">{{Cytuj książkę | tytuł = Metody doświadczalne w fizyce ciała stałego | inni= Praca zbiorowa pod red. [[Mieczysław Subotowicz |Mieczysława Subotowicza]] | tytuł = Metody doświadczalne w fizyce ciała stałego | wydawca = Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii, Zakład Fizyki Doświadczalnej | miejsce = Lublin | data = 1976 | strony = ?}}</ref>.
 
== Zjawiska analogiczne ==
Pod nazwą efektu Halla kryją się również inne zjawiska o analogicznych skutkach (czyli gromadzenie ładunku na krawędziach próbki), lecz o zasadniczo różnych przyczynach fizycznych. Mówi się zatem o tzw. [[efektAnomalne Hallazjawisko (anomalny)Halla|anomalnym efekcie Halla]], w którym napięcie Halla jest proporcjonalne do namagnesowania próbki magnetycznej, przez którą płynie prąd. Znany jest również tzw. [[spinowy efekt Halla]], w którym nie pojawia się elektryczne napięcie Halla, ale na krawędziach próbki akumulują się nośniki o dwóch różnych kierunkach spinu. Mechanizm tego zjawiska nie jest do końca poznany.
 
== Efekty towarzyszące ==
 
== Zastosowanie ==
Efekt Halla umożliwia pomiar znaku ładunków poruszających się w przewodniku oraz ich [[koncentracjaGęstość (fizyka)liczbowa|koncentrację]].
 
Dla znanych materiałów pomiar napięcia Halla pozwala określić wartość indukcji <math>\scriptstyle {\vec B}</math> pola magnetycznego. Przyrządy wykorzystujące efekt Halla do pomiaru tej indukcji nazywają się [[hallotron]]ami. Są one powszechnie wykorzystywane w różnych czujnikach, na przykład ABS, ESP.
 
Zjawisko Halla jest również podstawą działania [[silnik Halla|silnika Halla]].
 
== Zobacz też ==
* [[kwantowy efekt Halla]]
* [[hallotron]]
* [[kwantowe zjawisko Halla|kwantowy efekt Halla]]
* [[silnik Halla]]
 
{{Przypisy}}
{{Kontrola autorytatywna}}
 
[[Kategoria:Elektromagnetyzm]]
[[Kategoria:Zjawiska elektryczne]]

Menu nawigacyjne