kategorier: Interessante fakta, Begynderelektrikere
Antal visninger: 97676
Kommentarer til artiklen: 4
Halleffekt og sensorer baseret på den
Hall-effekten blev opdaget i 1879 af den amerikanske videnskabsmand Edwin Herbert Hall. Essensen er som følger (se figur). Hvis en strøm ledes gennem en ledende plade, og et magnetfelt ledes vinkelret på pladen, vises spænding i retningen på tværs af strømmen (og magnetfeltets retning): Uh = (RhHlsinw) / d, hvor Rh er Hall-koefficienten afhængig af lederens materiale; H er magnetfeltstyrken; Jeg er strømmen i lederen; w er vinklen mellem strømens retning og magnetfeltinduktionsvektoren (hvis w = 90 °, sinw = 1); d er materialets tykkelse.
På grund af det faktum, at outputeffekten bestemmes af produktet af to mængder (H og I), anvendes Hall-sensorer meget udbredt. Tabellen viser Hall-koefficienterne for forskellige metaller og legeringer. Betegnelser: Т - temperatur; B er den magnetiske flux; Rh - Hallkoefficient i enheder på m3 / C.
Hall-effekt nærhedsafbrydere baseret på Hall-effekten er blevet brugt i udlandet ganske vidt siden begyndelsen af 70'erne. Fordelene ved denne switch er høj pålidelighed og holdbarhed, små dimensioner, og ulemperne er konstant energiforbrug og en relativt høj pris.
Funktionsprincippet for Hall-generatorenog
Hall-sensoren har et slidset design. En halvleder er placeret på den ene side af spalten, gennem hvilken strøm strømmer, når tændingen tændes, og på den anden side en permanent magnet.
I et magnetfelt påvirkes bevægende elektroner af en kraft. Kraftvektoren er vinkelret på retningen for både de magnetiske og elektriske komponenter i feltet.
Hvis en halvlederwafer (f.eks. Fra indiumarsenid eller indiumantimonid) indføres i et magnetfelt gennem induktion i en elektrisk strøm, opstår der en potentialforskel på siderne, vinkelret på strømretningen. Hallspænding (Hall EMF) er proportional med strøm og magnetisk induktion.
Der er et mellemrum mellem pladen og magneten. I afstanden til sensoren er en stålskærm. Når der ikke er nogen skærm i mellemrummet, virker et magnetfelt på halvlederpladen, og potentialeforskellen fjernes fra den. Hvis der er en skærm i mellemrummet, lukker de magnetiske kraftledninger sig gennem skærmen og virker ikke på pladen, i dette tilfælde forekommer potentialeforskellen ikke på pladen.
Det integrerede kredsløb konverterer den potentielle forskel, der oprettes på pladen, til negative spændingsimpulser med en bestemt værdi ved sensorens udgang. Når skærmen er i afstanden til sensoren, vil der være spænding ved dens udgang; hvis der ikke er nogen skærm i afstanden til sensoren, er spændingen ved sensorudgangen tæt på nul.
Fraktioneret kvante Hall-effekt
Der er skrevet meget om Hall-effekten, denne effekt bruges intensivt i teknologi, men forskere fortsætter med at studere den. I 1980 studerede den tyske fysiker Klaus von Klitzung driften af Hall-effekten ved ultralowstemperaturer. I en tynd halvlederplade ændrede von Klitzung gradvist magnetfeltstyrken og fandt, at Hall-modstanden ikke ændrer sig jævnt, men i spring. Størrelsen på hoppet afhænger ikke af materialets egenskaber, men var en kombination af grundlæggende fysiske konstanter divideret med et konstant tal. Det viste sig, at kvantemekanikens love på en eller anden måde ændrede Hall-effekten. Dette fænomen er blevet kaldt den integrerede kvante Hall-effekt. For denne opdagelse modtog von Klitzung Nobelprisen i fysik i 1985.
To år efter opdagelsen af von Klitzung i Bell-telefonlaboratoriet (den, hvor transistoren blev åbnet), studerede Stormer- og Tsui-medarbejderne kvante Hall-effekten ved hjælp af en usædvanlig ren prøve af stort galliumarsenid lavet i det samme laboratorium.Prøven havde så stor grad af renhed, at elektronerne passerede den fra ende til ende uden at møde hindringer. Stormer- og Tsui-eksperimentet fandt sted ved en meget lavere temperatur (næsten absolut nul) og med kraftigere magnetfelter end i von Klitzung-eksperimentet (en million gange mere end Jordens magnetfelt).
Til deres store overraskelse fandt Stormer og Tsui et spring i Hall-modstanden tre gange større end von Klitzung. Derefter opdagede de endnu større spring. Resultatet var den samme kombination af fysiske konstanter, men divideret ikke med et heltal, men med et brøktal. Fysikere oplade et elektron som en konstant, der ikke kan opdeles i dele. Og i dette eksperiment deltog, som det var, partikler med fraktionelle ladninger. Effekten blev kaldt den fraktionerede kvante Hall-effekt.
Et år efter denne opdagelse gav en medarbejder ved La Flin-laboratoriet en teoretisk forklaring af effekten. Han sagde, at kombinationen af ultra-lav temperatur og et kraftfuldt magnetfelt får elektroner til at danne et inkomprimerbart kvantefluid. Men figuren ved hjælp af computergrafik viser strømmen af elektroner (kugler), der gennemborer planet. Ujævnheder i planet repræsenterer ladningsfordelingen af en af elektronerne i nærvær af et magnetfelt og ladningen af andre elektroner. Hvis der sættes et elektron til en kvantevæske, dannes en vis mængde kvasipartikler med en brøkladning (i figuren vises dette som et sæt pile for hvert elektron).
I 1998 blev Horst Stormer, Daniel Tsui og Robert Laughlin tildelt Nobelprisen i fysik. I øjeblikket er H. Stormer professor i fysik ved Columbia University, D. Tsui er professor ved Princeton University, og R. Laughlin er professor ved Stanford University.
Metal (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
guld
-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
: