Четверг18 октября
Образование

Что такое эффект Холла

26 января 2013

 

Если спросить человека, знакомого с физикой на уровне лишь базовых знаний о том, что такое эффект Холла и где он применяется, ответа можно не получить. Удивительно, но в реалиях современного мира такое происходит довольно часто. На самом деле эффект Холла используется во многих электротехнических устройствах. К примеру, некогда популярные компьютерные дисководы для дискет определяли начальное положение двигателя с помощью генераторов Холла. Соответствующие датчики «перекочевали» и в схемы современных приводов для компакт-дисков (как CD, так и DVD). Кроме того, области применения включают в себя не только различные измерительные приборы, но даже генераторы электрической энергии, основанные на преобразовании тепла в поток заряженных частиц под действием магнитного поля (МГД).

Эдвин Герберт Холл в 1879 году, проводя опыты с проводящей пластиной, обнаружил беспричинное, на первый взгляд, явление возникновения потенциала (напряжения), при взаимодействии электрического тока и магнитного поля. Но обо всем по порядку.

Давайте сделаем небольшой мысленный эксперимент: возьмем металлическую пластину и пропустим по ней электрический ток. Далее поместим ее во внешнем магнитном поле таким образом, чтобы линии напряженности поля были ориентированы перпендикулярно плоскости проводящей пластины. В результате на гранях (поперек направлению тока) возникнет разность потенциалов. Это и есть эффект Холла. Причиной его появления служит известная сила Лоренца.

Существует способ определить значение возникающего напряжения (иногда называемого потенциалом Холла). Общее выражение приобретает вид:

Uh = Eh * H,

где H – толщина пластины; Eh – напряженность внешнего поля.

Так как потенциал возникает благодаря перераспределению носителей зарядов в проводнике, то он ограничен (процесс не продолжается бесконечно). Поперечное перемещение зарядов прекратится в тот момент, когда значение лоренцовой силы (F= q*v*B) уравняется с противодействием q*Eh (q – заряд).

Так как плотность тока J равна произведению концентрации зарядов, их скорости и единичного значения q, то есть

J = n*q*v,

соответственно,

v = J / (q*n).

Отсюда следует (связав формулу с напряженностью):

Eh = B * (J / (q*n)).

Объединим все вышесказанное и определим потенциал холла через значение заряда:

Uh = (J*B*H) / n * q).

Эффект Холла позволяет утверждать, что иногда в металлах наблюдается не электронная, а дырочная проводимость. К примеру, это кадмий, бериллий и цинк. Изучая эффект Холла в полупроводниках, никто не сомневался, что носители заряда – «дырки». Однако, как уже было указано, это применимо и к металлам. Считалось, что при распределении зарядов (формировании потенциала Холла) общий вектор будет образован электронами (отрицательный знак). Однако получалось, что в поле ток создают вовсе не электроны. На практике данной свойство используется для определения плотности носителей заряда в полупроводящем материале.

Не менее известен квантовый эффект Холла (1982 год). Он представляет собой одно из свойств проводимости двумерного электронного газа (частицы могут свободно перемещаться лишь в двух направлениях) в условиях сверхнизких температур и высоких внешних магнитных полей. При изучении данного эффекта было открыто существование «дробности». Складывалось впечатление, что заряд формируется не единичными носителями (1+1+1), а составными частями (1+1+0.5). Однако оказалось, что никакие законы не нарушаются. В соответствии с Принципом Паули, вокруг каждого электрона в магнитном поле создается своеобразный вихрь из квантов самого потока. С увеличением интенсивности поля возникает ситуация, когда соответствие «один электрон = один вихрь» перестает выполняться. На каждую частицу приходится несколько квантов магнитного потока. Эти новые частицы как раз и являются причиной дробного результата при эффекте Холла.

 

Источник: fb.ru
Похожие материалы
Что такое эффект Хатчисона и можно ли его повторить Духовное развитие
Что такое эффект Хатчисона и можно ли его повторить

Джон Хатчисон - канадский инженер-изобретатель, пытавшийся повторить многие эксперименты Никола Тесла. В процессе изучения продольных электромагнитных волн ученый совершенно случайно сделал шокирующее открыт...

Флеш-моб, что такое эффект «мгновенной толпы»? Искусство и развлечения
Флеш-моб, что такое эффект «мгновенной толпы»?

Совсем недавно в наш обиход вошел, вернее, ворвался, сияя сочными красками и даря...

Что такое эффект ореола Образование
Что такое эффект ореола

Почему человек склонен вешать ярлыки на окружающих людей? Этому явлению есть научное объяснение - эффект ореола. Благоприятная почва для появления данного эффекта возникает тогда, когда вы узнали человека поверхностно...

Что такое эффект и эффективность? Образование
Что такое эффект и эффективность?

Понятия "эффект" и "эффективность" в экономике принадлежат в эпоху рынка к ее важнейшим категориям. Между ними имеется тесная взаимосвязь. Наличие экономического эффекта предполагает определенный полезный результат, в...

Что такое эффект бабочки? Как многие науки и человеческий быт переплетаются между собой? Образование
Что такое эффект бабочки? Как многие науки и человеческий быт переплетаются между собой?

Современные ученые давно уже доказали, что все естественные науки находятся в невероятно тесной связи друг с другом. События, которые происходят в рамках определенных природных объектов, влекут за собой перемены, кото...

Что такое эффект Хоторна Самосовершенствование
Что такое эффект Хоторна

Эффект Хоторна берет свое начало из экспериментов, проведенных в США в 1924-1932 годах. Они проводились в Чикаго, на Хоторнских заводах. Отсюда и появилось такое название. Исследования проводил Элтон Мэйо, а его резул...

Что такое смола пуэра? Как заваривать и пить смолу пуэра? Свойства, эффект Еда и напитки
Что такое смола пуэра? Как заваривать и пить смолу пуэра? Свойства, эффект

Смолу Cha Gao еще называют чайной пастой. Ее получают путем выделения экстракта из листочков чайных деревьев под названием пуэра. Первым производителем пасты стала династия Тан. Изначально ее потребителями были монахи...

Что такое адреналин? Адреналин: определение, роль, эффекты и функции Здоровье
Что такое адреналин? Адреналин: определение, роль, эффекты и функции

Что такое адреналин? Он является основным гормоном мозгового вещества, которое вырабатывается надпочечниками. Адреналин выполняет также роль нейромедиатора. Однако по химическому строению это вещество относят все же к...

Триклозан - что это такое? Эффект триклозана в мыле, пасте и креме Здоровье
Триклозан - что это такое? Эффект триклозана в мыле, пасте и креме

В современном обществе большое значение придается личной гигиене, поскольку от нее зависит состояние здоровья, внешний вид и взаимоотношения в коллективе. Порой сложно поддерживать близкие отношения с человеком, у ког...

Что такое препарат «Аквадетрим»? Инструкция по применению, свойства, побочные эффекты Здоровье
Что такое препарат «Аквадетрим»? Инструкция по применению, свойства, побочные эффекты

Витамин «Д» является обязательным элементом при усвоении кальция. Его прописывают детям в первый год жизни. Сегодня существует целый ряд препаратов, адаптированных для малышей. Одним из них является средст...