Фізичні основи ефекту Холла і ефекту магнітоопору

Ефект Холла – це фізичне явище, яке полягає в наступному. Розглянемо пластинку (рис 2.4.1) з провідникового матеріалу, вздовж якої проходить струм І. Якщо перпендикулярно площині пластини і напрямку струму діє магнітне поле напруженістю Н, то в пластині виникає ЕРС., пропорційна і струму, і напруженості магнітного поля:

Е=kІН,

де k=kх/d – коефіцієнт, який залежить від матеріалу і товщини пластини d; kx – постійна Холла

image002

Напрямок цієї ЕРС., яка називається ЕРС. Холла, перпендикулярний струму і полю, тобто її можна виміряти між бічними повздовжними гранями пластини (рис. 2.4.1) за допомогою електровимірювального приладу. Причина появи ЕРС. Холла в тому, що на рухомі заряди в магнітному полі діє сила Лоренца. Струм в пластині – це і є упорядкований рух зарядів (в металі – електронів). Під дією магнітного поля вони зміщуються перпендикулярно напрямку свого руху і поблизу однієї повздовжньої грані виникає надлишок зарядів, а поблизу іншої – нестача. В звичайних провідникових матеріалах ЕРС. Холла дуже мала, що пояснюється малою швидкістю (точніше – рухомістю) носіїв струму через їх велику концентрацію. Хоча ефект Холла відомий вже більше ста років, практичне використання його почалось в результаті розвитку технології виготовлення напівпровідників. Саме в чистих напівпровідниках забезпечується висока рухомість носіїв струму, тому постійна Холла для чистих напівпровідників набагато більша, ніж для металів.

Ефект магнітоопору – це інше фізичне явище, що полягає в зміні опору тіл, які проводять струм, в магнітному полі. Пояснюється це тим, що в присутності магнітного поля на носії струму діє сила Лоренца, яка змінює траєкторію їх руху. Якби не було магнітного поля, то під дією прикладенної до провідника напруги носії струму переміщувались би по найкоротшому напрямку. Зміна траєкторії під дією магнітного поля завжди подовжує шлях носіїв струму, що проявляється як збільшення опору. В сильних поперечних магнітних полях деякі речовини можуть мати відносне збільшення опору a=DR/R в десятки раз. Найчастіше величина a пов’язана з напруженістю магнітного поля Н квадратичною залежністю

a= kRH2, (2.4.2.)

де kR – коефіцієнт, що залежить від матеріалу і розмірів.

Ефекти Холла і магнітоопору використовують в давачах, за допомогою яких вимірюються різні електричні і магнітні величини. Крім того, вони можуть використовуватись для математичної обробки електричних сигналів: складання, множення, ділення, піднесення до квадрату і знаходження кореня; для різних перетворень електричних сигналів.

Васюра А.С. – книга “Елементи та пристрої систем управління автоматики”

Оставьте комментарий к статье