Эффект Холла. Применения эффекта Холла.

Эффект Холла. Применения эффекта Холла.

Пусть по проводнику прямоугольного поперечного сечения (b – ширина, а – толщина образца) течет постоянный электрический ток, I – сила тока. Если образец поместить в однородное магнитное поле, перпендикулярное двум его граням, то между двумя другими гранями возникает разность потенциалов. Это явление было обнаружено Холлом и называется эффектом Холла. Разность потенциалов между гранями называется эдс Холла .

Эффект Холла объясняется следующим образом. В отсутствие магнитного поля в проводнике существует лишь продольное электрическое поле , обусловливающее ток. Эквипотенциальные поверхности этого поля перпендикулярны вектору . Разность потенциалов между симметрично расположенными точками на верхней и нижней гранях равна нулю.

В случае металлической пластинки носителями тока являются электроны . При включении магнитного поля на каждый носитель тока действует сила Лоренца , направленная перпендикулярно вектору магнитной индукции и току, модуль которой . 

В результате действия этой силы носители тока смещаются в поперечном направлении. На одной грани пластинки образуется избыток отрицательных зарядов, а на другой соответственно избыток положительных. 

Таким образом, появляется дополнительное поперечное электрическое поле, напряженность  которого в итоге достигает такого значения, что электрическая сила, равная , уравновешивает силу Лоренца . В результате устанавливается равновесие, при котором

.
Отсюда

где  – эдс Холла.
Сила тока I связана со скоростью упорядоченного движения электронов соотношением :

где S – площадь прямоугольного поперечного сечения образца шириной b и толщиной а; j – плотность тока; n – концентрация носителей тока.
Таким образом, получаем значение эдс Холла
.

Эффект Холла нашел множество областей применения. 

Эффект Холла позволяет определить концентрацию и подвижность носителей заряда, а в некоторых случаях − тип носителей заряда (электроны или дырки) в металле или полупроводнике, что делает его достаточно хорошим методом исследования свойств полупроводников (см. Метод ван дер Пау).

На основе эффекта Холла работают датчики Холла — приборы, измеряющие напряжённость магнитного поля. Датчики Холла получили очень большое распространение в бесколлекторных, или вентильных, электродвигателях (сервомоторах). Датчики закрепляются непосредственно на статоре двигателя и выступают в роли ДПР (датчика положения ротора). ДПР реализует обратную связь по положению ротора, выполняет ту же функцию, что и коллектор в коллекторном ДПТ.

Датчики Холла применяются в системах электронного зажигания двигателей внутреннего сгорания, в приводах дисководов, в двигателях вентиляторов компьютерной техники.

Также на основе эффекта Холла работают некоторые виды ионных реактивных двигателей и МГД генераторы (В МГД-генераторе происходит прямое преобразование механической энергии движущейся среды в электрическую энергию. Движение таких сред описывается магнитнойгидродинамикой (МГД), что и дало наименование устройству.)

Также датчики на основе эффекта Холла широко используются в смартфонах в качестве физической основы работы электронного компаса.

Также датчики на основе эффекта Холла используются в электроизмерительных приборах (токовые клещи, токовые пробники) для бесконтактного измерения силы тока.

Датчики Холла используется в некоторых клавиатурах, определяет, закрыт или открыт чехол на магнитной защелке, реагируя на ослабление или усиление магнитного поля. Когда магнит в обложке оказывается далеко, датчик дает команду включить дисплей, когда же приближается – формирует команду на отключение. На основании этих данных смартфон может выполнять определенные действия. Ну и служит компасом.

В качестве примера несколько смартфонов, в которых установлен датчик Холла. К ним относится: LG Nexus 5X, Lenovo Vibe S1.