kategorier: Interessante fakta, Begynnerelektrikere
Antall visninger: 97676
Kommentarer til artikkelen: 4
Halleffekt og sensorer basert på den
Hall-effekten ble oppdaget i 1879 av den amerikanske forskeren Edwin Herbert Hall. Essensen er som følger (se figur). Hvis en strøm føres gjennom en ledende plate og et magnetfelt blir rettet vinkelrett på platen, vises spenningen i retningen på tvers av strømmen (og retningen til magnetfeltet): Uh = (RhHlsinw) / d, hvor Rh er Hall-koeffisienten, som avhenger av materialet til lederen; H er magnetfeltstyrken; Jeg er strømmen i konduktøren; w er vinkelen mellom strømretningen og magnetfeltinduksjonsvektoren (hvis w = 90 °, sinw = 1); d er tykkelsen på materialet.
På grunn av at utgangseffekten bestemmes av produktet av to mengder (H og I), er Hall-sensorer veldig mye brukt. Tabellen viser Hall-koeffisientene for forskjellige metaller og legeringer. Betegnelser: Т - temperatur; B er den magnetiske fluksen; Rh - Hallkoeffisient i enheter på m3 / C.
Hall-effekt nærhetsbrytere basert på Hall-effekten har blitt brukt i utlandet ganske mye siden begynnelsen av 70-tallet. Fordelene med denne bryteren er høy pålitelighet og holdbarhet, små dimensjoner, og ulempene er konstant energiforbruk og relativt høye kostnader.
Prinsippet for drift av Hall-generatorenog
Hall-sensoren har en slisset design. En halvleder er plassert på den ene siden av sporet, gjennom hvilken strøm strømmer når tenningen er slått på, og på den annen side en permanent magnet.
I et magnetfelt påvirkes bevegelige elektroner av en kraft. Kraftvektoren er vinkelrett på retningen til både de magnetiske og elektriske komponentene i feltet.
Hvis en halvlederplate (for eksempel fra indiumarsenid eller indiumantimonid) føres inn i et magnetfelt gjennom induksjon i en elektrisk strøm, oppstår en potensiell forskjell på sidene vinkelrett på strømretningen. Hallspenning (Hall EMF) er proporsjonal med strøm og magnetisk induksjon.
Det er et avstand mellom platen og magneten. I gapet til sensoren er en stålskjerm. Når det ikke er noen skjerm i gapet, virker et magnetfelt på halvlederplaten og potensialforskjellen fjernes fra den. Hvis det er en skjerm i gapet, så vil de magnetiske kraftlinjene stenge gjennom skjermen og ikke virke på platen, i dette tilfellet oppstår ikke potensialforskjellen på platen.
Den integrerte kretsen konverterer potensialforskjellen opprettet på platen til negative spenningspulser med en viss verdi ved utgangen fra sensoren. Når skjermen er i gapet til sensoren, vil det være spenning ved utgangen. Hvis det ikke er noen skjerm i gapet til sensoren, er spenningen ved sensorutgangen nær null.
Fraksjonell kvantehalleffekt
Mye er skrevet om Hall-effekten, denne effekten brukes mye i teknologi, men forskere fortsetter å studere den. I 1980 studerte den tyske fysikeren Klaus von Klitzung driften av Hall-effekten ved ultralowstemperaturer. I en tynn halvlederplate endret von Klitzung gradvis magnetfeltstyrken og fant ut at Hall-motstanden ikke endres jevnt, men i hopp. Hoppets størrelse var ikke avhengig av materialets egenskaper, men var en kombinasjon av grunnleggende fysiske konstanter delt på et konstant antall. Det viste seg at kvantemekanikkens lover på en eller annen måte endret Hall-effekten. Dette fenomenet har blitt kalt den integrerte kvante Hall-effekten. For denne oppdagelsen mottok von Klitzung Nobelprisen i fysikk i 1985.
To år etter oppdagelsen av von Klitzung i Bell Phone-laboratoriet (den der transistoren ble åpnet), studerte Stormer og Tsui-ansatte kvante Hall-effekten ved å bruke en eksepsjonelt ren prøve av stort galliumarsenid laget i samme laboratorium.Prøven hadde så høy grad av renhet at elektronene passerte den fra ende til annen uten å møte hindringer. Stormer og Tsui-eksperimentet fant sted ved en mye lavere temperatur (nesten absolutt null) og med kraftigere magnetiske felt enn i von Klitzung-eksperimentet (en million ganger mer enn Jordens magnetfelt).
Til deres store overraskelse fant Stormer og Tsui et hopp i Hall-motstanden tre ganger større enn von Klitzung. Da oppdaget de enda større sprang. Resultatet var den samme kombinasjonen av fysiske konstanter, men delt ikke med et helt tall, men med et brøknummer. Fysikere lader et elektron som en konstant som ikke kan deles i deler. Og i dette eksperimentet deltok som sagt partikler med brøkladninger. Effekten ble kalt den fraksjonerte kvante Hall-effekten.
Et år etter denne oppdagelsen ga en ansatt ved La Flin-laboratoriet en teoretisk forklaring på effekten. Han uttalte at kombinasjonen av ultra-lav temperatur og et kraftig magnetfelt får elektronene til å danne et inkomprimerbart kvantefluid. Men figuren som bruker datamaskingrafikk viser strømmen av elektroner (baller) som stikker gjennom flyet. Grovheter i planet representerer ladefordelingen av en av elektronene i nærvær av et magnetfelt og ladningen til andre elektroner. Hvis et elektron blir tilsatt en kvantevæske, dannes en viss mengde kvasipartikler med en brøkladning (i figuren vises dette som et sett med piler for hvert elektron).
I 1998 ble Horst Stormer, Daniel Tsui og Robert Laughlin tildelt Nobelprisen i fysikk. For tiden er H. Stormer professor i fysikk ved Columbia University, D. Tsui er professor ved Princeton University, og R. Laughlin er professor ved Stanford University.
Metall (legering)
T, ° C
B, T
R, mj/ k
aluminium
-190
0,54
-0,22
0
0,54
-0,33
+300
0,54
-0,39
+600
0,54
-0,41
gull
-190
0,54
-0,715
0
0,54
-0,695
+300
0,54
-0,721
+600
0,54
-0,785
sølv
-190
0,54
-0,925
0
0,54
-0,909
+300
0,54
-0,949
+600
0,54
-1,002
kobber
-190
0,54
-0,56
0
0,54
-0,513
+300
0,54
-0,543
+600
0,54
-0,587
jern
+26
0,3...1,7
+5,5
kobolt
+ 100
0,1...1,6
+8,65
+300
0,1 ...1,6
+21,2
+460
0,1... 1,6
+89,4
+960
0,2... 1
+200
Antimon morgan
+20
0...2
+ 1200
+320
0...2
+10500
Chrome tellur
0
0-1,6
-31500
Se også på elektrohomepro.com
: