С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Что такое холла

Что такое холла


Эффект Холла. Виды и применения. Работа и особенности

В 1879 году американский физик Эдвин Холл провел эксперимент, пропустив магнитный поток через тонкую пластину из золота. В ходе эксперимента он обнаружил возникновение на краях пластины разности потенциалов, образовался эффект Холла.

Что такое эффект Холла

Если поместить в магнитное поле пластину-проводник или полупроводник под 90° к направлению силовых линий магнитного потока, электроны в пластине под действием силы Лоренца начнут смещаться по поперечине этой пластины. Направление смещения электронов зависит от направления силы тока и направления силовых линий магнитного потока. Иносказательно эффект Холла (ЭХ) – это частный случай действия силы Лоренца, то есть действия магнитного поля на заряженную частицу.

Вот как это выглядит простейшим образом на примере. Представьте, что пластина расположена к нам торцом, а ее кромка смотрит вниз. Эта пластина сделана из металла, оба ее торца подключены к источнику питания, задний торец на минус, передний на плюс.

В нашем воображаемом случае электрический ток будет двигаться по направлению к нам, то есть в нашу сторону, откуда мы наблюдаем. Справа и слева от пластины мы видим два магнита. Магнит справа обращен к пластине северным полюсом, а тот что слева обращен к пластине южным полюсом. Таким образом, в нашем случае силовые линии магнитного поля идут справа налево, поскольку всегда выходят из северного полюса и входят в южный. Силовые линии будут отклонять электроны, проходящие по пластине к ее верхней кромке.

Если мы поменяем направление тока в пластине, поменяв местами проводники, электроны начнут отклоняться вниз. Если мы не будем менять направление электрического тока, а поменяем полюса магнитов, электроны будут сдвигаться вниз. А поменять и то, и другое, сила Лоренца будет перемещать электроны вверх.

Итак, становится видно, что на одной из кромок нашей пластины под действием силы Лоренца копится отрицательный заряд, а на противоположной кромке – положительный. Наблюдается разность потенциалов между двумя кромками пластины, а другими словами – электрическое напряжение. Разность будет увеличиваться до тех пор, пока не уравновесит силу Лоренца. Разность потенциалов, возникающая конкретно в таких случаях, называется напряжением Холла и рассчитывается по формуле:

UХолл=−IB/et

Где I – сила тока, B – вектор магнитной индукции, e – заряд электрона, p – количество электронов в единице объема, t – толщина пластины.

Аномальный ЭХ

Бывают случаи, когда ЭХ обнаруживается в пластине без пропускания через нее магнитного потока. Это может происходить только тогда, когда нарушается симметрия по отношению к обращению времени в системе. В частности, аномальный ЭХ способен проявляться в намагниченных материалах.

Квантовый ЭХ

В двумерных газах, у которых среднее расстояние между частицами уменьшено до соизмеримых с длиной де Бройля на зависимости поперечного сопротивления к воздействию магнитного поля возникают плато сопротивления в поперечине. ЭХ квантуется только в сильных магнитных полях.

В магнитных потоках с еще большей силой индукции обнаруживается дробный квантовый ЭХ. Он взаимосвязан с перестроением внутренней структуры двумерной электронной жидкости.

Спиновый ЭХ

СЭХ можно наблюдать на не намагниченных проводниках, не помещенных в поле действия силовых линий магнита. Эффект заключается в отклонении электронов с антипараллельными спинами к противоположным краям пластины.

Применения

Эффект холла применяется для изучения особенностей полупроводников. С помощью него можно вычислить количество носителей заряда на единицу объема, а также их подвижность. В частности, пользуясь эффектом Холла можно отличить электрон от квазичастицы с положительным зарядом.

ЭХ послужил фундаментом для разработки датчиков Холла. Эта аппаратура измеряет напряженность магнитного поля. Такие датчики активно применяются для построения моторов со следящим приводом. В них они исполняют роль датчика обратной связи. Они измеряют угол поворота вала мотора.

Также датчики Холла устанавливаются в электростартерах ДВС, охлаждающие системы ПК, навигационных системах мобильных телефонов, применяются в измерительных приборах для вычисления количества заряда.

Похожие темы:

Что такое датчик Холла в смартфоне и для чего он нужен?

В любом из отвечающих современным требованиям устройстве имеется внушительное количество функциональных блоков. При этом имеются ввиду не только элементы, являющиеся основными, но и датчики из разряда вспомогательных. Практически всем пользователям известно об акселерометре. Никого не удивишь сенсором освещённости и гироскопом. А вот о датчике Холла знают не многие.

Так что же это такое — Датчик Холла?

Датчик Холла – неотъемлемая часть каждого современного смартфона. Они являются измерительными элементами, с помощью которых есть возможность определения наличия магнитного поля и его интенсивности. Кроме того они могут его изменять. Названы датчики так по имени учёного из Америки по имени Эдвин Холл. Своё открытие он сделал в 1879 году. Благодаря ему мир узнал об эффекте изменения напряжения тока на проводнике, помещённого в магнитном поле.

Для чего нужен датчик Холла в смартфонах

Возможности этого сенсора очень разнообразны. Они зависят от того, насколько они реализуются. В их числе:

Возможность измерять показатель электромагнитной индукции разнообразных устройств. Осуществление бесконтактного управления. Магнитометр, в основе которого лежит датчик Холла, очень часто используется изготовителями современных смартфонов. Это утверждение особенно справедливо для флагманских устройств.

Надо сказать, что в подавляющем большинстве девайсов не осуществлена полная реализация всех возможностей, имеющихся у датчиков Холла.

Недостаток свободного пространства во внутреннем пространстве, необходимость снижения уровня потребления заряда аккумуляторной батареи, не очень высокий интерес, а также практически полное отсутствие острой необходимости реализовать новые функции — вот перечень причин по которым сенсор используется только для решения трёх задач.

Во-первых, — в качестве цифрового компаса. С его помощью в навигационных программах ускоряется позиционирование, что позволяет более точно определять направление передвижения. Наличие магнитометра позволяет добиться значительного ускорения «холодного» старта системы GPS. Во-вторых, благодаря датчикам Холла появляется возможность улучшить взаимодействие между устройствами и магнитными чехлами, а также прочими аксессуарами. Это свойство признано наиболее востребованным среди пользователей имеющих смартфоны.

В-третьих, датчики Холла используются в телефонах, которые принято называть «раскладушками». Благодаря им происходит включение, и выключение устройства в тот момент когда его крышка открывается или закрывается.

Как происходит взаимодействие смартфона и магнитных чехлов

В качестве несложного примера, иллюстрирующим процесс взаимодействия магнитного чехла со смартфоном, можно вспомнить об автоматической блокировке/разблокировке экрана. Осуществляются они, когда чехол открывается или закрывается. Блокировка дисплея при этом происходит благодаря реакции датчика Холла на приближающийся магнит, установленный в флипе. Когда крышка чехла открывается, то происходит снижение интенсивности излучения, что приводит к активизации экрана.

В чехлах, у которых имеется окошко в верхней части, использование датчиков Холла позволяет пользоваться отдельными функциями, не открывая флипа. Так может производиться управление звонками, проигрывателем или часами. Возможность регистрации наличия или отсутствия высокого магнитного поля, позволяет смартфону принять решение о необходимости оставления всего экрана активным или же какой-то его части.

И в заключение ещё об одном аксессуаре, которому необходимо использование датчика Холла — Google CardBoard. Речь идёт об очках, переносящих в виртуальную реальность. Для их использования необходим смартфон. В процессе эксплуатации аппарат размещается внутри устройства, а потому единственный способ управлять им — с помощью удалённого взаимодействия между магнитом и датчиком Холла. Магнит при этом встраивается в единственную «кнопку» аксессуара.  Meizu Pro 8 — информация здесь

ХОЛЛ - это... Что такое ХОЛЛ?

  • холл — холл, а …   Русский орфографический словарь

  • холл — холл/ …   Морфемно-орфографический словарь

  • Холл — Холл, Александр Олимпийские награды Футбол Золото Сент Луис 1904 Мужчины …   Википедия

  • холл — сущ., м., употр. сравн. часто Морфология: (нет) чего? холла, чему? холлу, (вижу) что? холл, чем? холлом, о чём? о холле; мн. что? холлы, (нет) чего? холлов, чему? холлам, (вижу) что? холлы, чем? холлами, о чём? о холлах 1. Холлом называется… …   Толковый словарь Дмитриева

  • холл — вестибюль, предбанник, зал, зал ожидания, передняя, конгресс холл, вход, прихожая Словарь русских синонимов. холл сущ., кол во синонимов: 8 • вестибюль (4) • …   Словарь синонимов

  • холл — Просторное помещение в жилых и общественных зданиях для отдыха, ожидания: холл вестибюль, лифтовой холл, холл приёмная [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики здания, сооружения, помещения EN hall …   Справочник технического переводчика

  • холл — (англ. hall) 1) большое помещение для чего л., напр, зал для публичных собраний, для ожидания в гостинице, театре, кино и т. п.; 2) главное, самое большое помещение в традиционной планировке английского дома, служащее местом собрания для семьи и… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • ХОЛЛ — ХОЛЛ, а, муж. 1. Большое помещение, обычно в общественных зданиях (напр. гостиницах, театрах), предназначенное для отдыха, ожидания. Х. отеля. 2. Род большой передней в квартире, в доме. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949… …   Толковый словарь Ожегова

  • холл — а; м. Зал (обычно в общественных зданиях, гостиницах, театрах и т.п.) для отдыха, ожидания. Школьный х. Х. вестибюля. Х. кинотеатра. Х. клуба украшен мозаичным панно. // Просторная передняя в квартире, в доме. Проводить гостей в х. * * * холл… …   Энциклопедический словарь

  • холл —     ХОЛЛ, вестибюль, фойе …   Словарь-тезаурус синонимов русской речи

Эффект Холла

Американский ученый Эдвин Холл в 1879 году обнаружил, что в помещенном в магнитное поле  проводнике возникает разность потенциалов в направлении, перпендикулярном току I и вектору магнитной индукции В. Данный эффект возник вследствие воздействия силы Лоренца на заряды, движущиеся в этом проводнике.

На рисунке ниже изображена тонкая пластина, пронизываемая магнитным полем с индукцией В, направленным перпендикулярно чертежу, причем линии индукции направлены от зрителя и уходят за чертеж (показаны крестиком):

За направление тока I принимают направление движения положительных зарядов, для которых направление вектора скорости V и тока I совпадают (рисунок а)). У зарядов отрицательных векторы тока и скорости направлены в противоположные стороны (рисунок б)).  Применив правило левой руки легко убедиться в том, что сила Лоренца в обоих случаях будет направлена к верхней (на рисунке) грани пластины.

Эффект Холла наблюдается у полупроводников и металлов. У полупроводников n – типа, а также у металлов, где носителями зарядов являются электроны, на верхней части пластины будет накапливаться избыточный отрицательный заряд, а нижняя грань будет испытывать недостаток электронов и зарядится положительно, как показано на рисунке ниже (а)):

Результатом этого становится возникновение разницы потенциалов между верхней и нижней гранями проводника Uн.

У полупроводников p – типа, носителями заряда которых являются положительно заряженные дырки, верхняя грань (рисунок выше) приобретает в магнитном поле положительный заряд, а нижняя – отрицательный (рисунок б)). При исследовании распределения зарядов можно определить характер проводимости (электронный или дырочный) полупроводника. Также в процессе изучения эффекта Холла было обнаружено, что некоторые металлы обладают смешанной электронно – дырочной проводимостью. У таких металлов, из — за того, что дырки обладают большей подвижностью, распределение зарядов между верхней и нижней гранями будет такое же, как и у полупроводников p – типа.

Поскольку вектор тока I перпендикулярен скорости V перемещения зарядов и магнитному полю В, то выражение для сила Лоренца будет иметь вид:

Заряды, которые скапливаются на нижней и верхней гранях пластины, создают электрическое поле напряженностью Е, которое будет воздействовать на заряды с силой:

Когда устанавливается стационарное распределение зарядов в поперечном сечении проводника, эти две силы уравновешивают друг друга, то есть Fл = Fэл, поэтому:

Из формулы плотности тока:

Где: q – заряд частицы, n – количество частиц на единицу объема, V – скорость их движения.

Найдем скорость:

Подставим это выражение в формулу (1):

Разность потенциалов между нижней и верхней гранью с расстоянием между ними d, будет равно:

Коэффициент пропорциональности в этой формуле:

Так же его еще называют постоянной Холла. Уравнение (3) примет вид:

Можно сделать вывод, что разность потенциалов между гранями проводника прямо пропорциональна толщине проводящей пластины d, магнитной индукции В и плотности тока j.

Для любопытных видео о датчиках Холла:

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости