kategória: Zaujímavé fakty, Začiatočníci elektrikári
Počet zobrazení: 97676
Komentáre k článku: 4
Hallov efekt a senzory na ňom založené
Hallov efekt objavil v roku 1879 americký vedec Edwin Herbert Hall. Jeho podstata je nasledovná (pozri obrázok). Ak prúd prechádza vodivou doskou a magnetické pole je nasmerované kolmo na dosku, potom sa napätie objaví v smere priečnom k prúdu (a smeru magnetického poľa): Uh = (RhHlsinw) / d, kde Rh je Halov koeficient, ktorý závisí od materiálu vodiča; H je sila magnetického poľa; I je prúd vo vodiči; w je uhol medzi smerom prúdu a vektorom indukujúcim magnetické pole (ak w = 90 °, sinw = 1); d je hrúbka materiálu.
Vzhľadom k tomu, že výstupný efekt je určený súčinom dvoch veličín (H a I), používajú sa Hallove senzory veľmi široko. V tabuľke sú uvedené Hallove koeficienty pre rôzne kovy a zliatiny. Označenia: Т - teplota; B je magnetický tok; Rhod - Hallov koeficient v jednotkách m3 / C.
Bezkontaktné spínače s Hallovým efektom založené na Hallovom efekte sa od začiatku 70. rokov používajú v zahraničí veľmi široko. Výhodou tohto prepínača je vysoká spoľahlivosť a trvanlivosť, malé rozmery a nevýhodou je stála spotreba energie a relatívne vysoké náklady.
Princíp činnosti generátora halya
Hallov senzor má štrbinový dizajn. Polovodič je umiestnený na jednej strane drážky, cez ktorú prúdi prúd pri zapnutí zapaľovania a na druhej strane permanentný magnet.
V magnetickom poli sú pohybujúce sa elektróny ovplyvnené silou. Silový vektor je kolmý na smer magnetických aj elektrických komponentov poľa.
Ak sa polovodičová doštička (napríklad z indium arzenidu alebo indium antimonidu) zavedie do magnetického poľa indukciou do elektrického prúdu, potom na stranách vznikne potenciálny rozdiel, kolmý na smer prúdu. Hall Hall (Hall EMF) je úmerný prúdovej a magnetickej indukcii.
Medzi doskou a magnetom je medzera. V medzere senzora je oceľová clona. Ak v medzere nie je žiadna clona, na polovodičovú dosku pôsobí magnetické pole a potenciálny rozdiel sa z nej odstráni. Ak je v medzere síto, potom magnetické línie sily prechádzajú síce síce a nepôsobia na dosku, v tomto prípade na platni nedochádza k rozdielu potenciálu.
Integrovaný obvod prevádza rozdiel potenciálu vytvorený na doske na záporné napäťové impulzy určitej hodnoty na výstupe zo senzora. Keď je clona v medzere senzora, bude na jej výstupe napätie, ak v medzere senzora nie je clona, potom je napätie na výstupe senzora takmer nulové.
Frakčný kvantový Hallov efekt
O Hallovom efekte sa toho už veľa písalo, tento efekt sa vo veľkej miere používa v technológii, ale vedci ho aj naďalej študujú. V roku 1980 nemecký fyzik Klaus von Klitzung študoval fungovanie Hallovho efektu pri ultratenkých teplotách. Na tenkej polovodičovej platni von Klitzung postupne menil silu magnetického poľa a zistil, že Hallov odpor sa nemení hladko, ale pri skokoch. Rozsah skoku nezávisel od vlastností materiálu, ale bol kombináciou základných fyzikálnych konštánt delených konštantným číslom. Ukázalo sa, že zákony kvantovej mechaniky nejakým spôsobom zmenili povahu Hallovho efektu. Tento jav sa nazýval integrálny kvantový Hallov efekt. Za tento objav získal von Klitzung v roku 1985 Nobelovu cenu za fyziku.
Dva roky po objavení von Klitzunga v laboratóriu Bell Telephone (v ktorom bol otvorený tranzistor) študovali zamestnanci Stormer a Tsui kvantový Hallov efekt pomocou mimoriadne čistej vzorky veľkého arzenidu gália vyrobeného v rovnakom laboratóriu.Vzorka mala taký vysoký stupeň čistoty, že ju elektróny prešli od jedného konca k druhému bez toho, aby narážali na prekážky. Experiment Stormer a Tsui sa uskutočnil pri oveľa nižšej teplote (takmer absolútne nula) as výkonnejšími magnetickými poľami ako v experimente von Klitzung (miliónkrát viac ako Zemské magnetické pole).
K ich veľkému prekvapeniu Stormer a Tsui našli trojnásobný skok v Hallovom odpore ako von Klitzung. Potom objavili ešte väčšie skoky. Výsledkom bola rovnaká kombinácia fyzikálnych konštánt, ale nie delená celým číslom, ale zlomkovým číslom. Fyzici nabíjajú elektrón ako konštantu, ktorú nemožno rozdeliť na časti. A v tomto experimente, ako to bolo, sa zúčastnili častice s frakčnými nábojmi. Tento efekt sa nazýval zlomkový kvantový Hallov efekt.
Rok po tomto objave dal pracovník laboratória La Flin teoretické vysvetlenie účinku. Uviedol, že kombinácia ultra nízkej teploty a silného magnetického poľa spôsobuje, že elektróny tvoria nestlačiteľnú kvantovú tekutinu. Obrázok pomocou počítačovej grafiky však ukazuje tok elektrónov (loptičiek) prepichujúcich rovinu. Drsnosti v rovine predstavujú distribúciu náboja jedného z elektrónov v prítomnosti magnetického poľa a náboj ostatných elektrónov. Ak sa elektrón pridá do kvantovej kvapaliny, vytvorí sa určité množstvo kvasičastíc s frakčným nábojom (na obrázku je to znázornené ako množina šípok pre každý elektrón).
V roku 1998 získali Horst Stormer, Daniel Tsui a Robert Laughlin Nobelovu cenu za fyziku. V súčasnosti je H. Stormer profesorom fyziky na Columbia University, D. Tsui je profesorom na Princetonskej univerzite a R. Laughlin je profesorom na Stanfordskej univerzite.
Kov (zliatina)
T, ° C
B, T
R, mj/ k
hliník
-190
0,54
-0,22
0
0,54
-0,33
+300
0,54
-0,39
+600
0,54
-0,41
zlato
-190
0,54
-0,715
0
0,54
-0,695
+300
0,54
-0,721
+600
0,54
-0,785
striebro
-190
0,54
-0,925
0
0,54
-0,909
+300
0,54
-0,949
+600
0,54
-1,002
meď
-190
0,54
-0,56
0
0,54
-0,513
+300
0,54
-0,543
+600
0,54
-0,587
železo
+26
0,3...1,7
+5,5
kobalt
+ 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
Morgan antimónu
+20
0...2
+ 1200
+320
0...2
+10500
Chrome tellurium
0
0-1,6
-31500
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: