Categories: Fets interessants, Electricistes novells
Nombre de visualitzacions: 97676
Comentaris sobre l'article: 4
Efectes i sensors basats en ell
L’efecte Hall va ser descobert el 1879 pel científic nord-americà Edwin Herbert Hall. La seva essència és la següent (veure figura). Si un corrent passa per una placa conductora i un camp magnètic es dirigeix perpendicularment a la placa, llavors la tensió apareix en la direcció transversal al corrent (i la direcció del camp magnètic): Uh = (RhHlsinw) / d, on Rh és el coeficient Hall, que depèn del material del conductor; H és la força del camp magnètic; Jo sóc el corrent del conductor; w és l'angle entre la direcció del corrent i el vector d'inducció de camp magnètic (si w = 90 °, sinw = 1); d és el gruix del material.
Degut al fet que l'efecte de sortida està determinat pel producte de dues quantitats (H i I), els sensors Hall són molt utilitzats. La taula mostra els coeficients Hall per a diversos metalls i aliatges. Denominacions: Т - temperatura; B és el flux magnètic; Rh - Coeficient de sala en unitats de m3 / C.
Els interruptors de proximitat amb efectes Hall basats en l'efecte Hall han estat utilitzats força a l'estranger des del començament dels anys 70. Els avantatges d’aquest commutador són una alta fiabilitat i durabilitat, dimensions reduïdes i els inconvenients són un consum d’energia constant i un cost relativament elevat.
El principi de funcionament del generador Hallperò
El sensor Hall té un disseny ranurat. Un semiconductor està situat a un costat de la ranura, per on circula el corrent quan s’encén l’encesa i, d’altra banda, un imant permanent.
En un camp magnètic, els electrons en moviment es veuen afectats per una força. El vector de força és perpendicular a la direcció dels components magnètics i elèctrics del camp.
Si s’introdueix una oblea semiconductora (per exemple, de l’arsènid de l’indi o l’antimonida d’indi) en un camp magnètic mitjançant la inducció en un corrent elèctric, apareix una diferència de potencial als costats, perpendicular a la direcció del corrent. La tensió Hall (Hall EMF) és proporcional al corrent i a la inducció magnètica.
Hi ha un buit entre la placa i l’imant. A la bretxa del sensor hi ha una pantalla d’acer. Quan no hi ha cap pantalla en el buit, un camp magnètic actua sobre la placa de semiconductor i se’n treu la diferència de potencial. Si hi ha una pantalla a la bretxa, les línies de força magnètiques es tanquen per la pantalla i no actuen sobre la placa, en aquest cas, la diferència de potencial no es produeix a la placa.
El circuit integrat converteix la diferència de potencial creada a la placa en polsos de tensió negatius d’un cert valor a la sortida del sensor. Quan la pantalla estigui a la bretxa del sensor, hi haurà una tensió a la sortida, si no hi ha cap pantalla en el buit del sensor, la tensió a la sortida del sensor és propera a zero.
Efecte Hall quàntic fraccionari
S’ha escrit molt sobre l’efecte Hall, aquest efecte s’utilitza àmpliament en tecnologia, però els científics continuen estudiant-lo. El 1980, el físic alemany Klaus von Klitzung va estudiar el funcionament de l'efecte Hall a temperatures ultrallòvies. En una fina placa de semiconductor, von Klitzung va canviar gradualment la força del camp magnètic i va trobar que la resistència Hall no canvia sense problemes, sinó en salts. La magnitud del salt no depenia de les propietats del material, sinó que era una combinació de constants físiques fonamentals dividides per un nombre constant. Va resultar que les lleis de la mecànica quàntica van canviar d’alguna manera la naturalesa de l’efecte Hall. Aquest fenomen ha estat anomenat efecte quàntic integral Hall. Per aquest descobriment, von Klitzung va rebre el premi Nobel de física el 1985.
Dos anys després del descobriment de von Klitzung al laboratori de Bell Telephone (aquell en què es va obrir el transistor), els empleats de Stormer i Tsui van estudiar l'efecte Hall quàntic mitjançant una mostra excepcionalment neta de gran arsenur de galli fabricat al mateix laboratori.La mostra tenia un grau de puresa tan elevat que els electrons la passaven de punta a punta sense trobar obstacles. L’experiment Stormer i Tsui va tenir lloc a una temperatura molt inferior (gairebé zero absoluta) i amb camps magnètics més potents que a l’experiment von Klitzung (un milió de vegades més que Camp magnètic terrestre).
Per a la seva gran sorpresa, Stormer i Tsui van trobar un salt en la resistència de Hall tres vegades més gran que la de von Klitzung. Després van descobrir salts encara més grans. El resultat va ser la mateixa combinació de constants físiques, però dividit no per un nombre enter, sinó per un nombre fraccionat. Els físics carreguen un electró com a constant que no es pot dividir en parts. I en aquest experiment, tal com va ser, van participar partícules amb càrregues fraccionades. L’efecte es va anomenar efecte Hall quàntic fraccionari.
Un any després d’aquest descobriment, un empleat del laboratori La Flin va donar una explicació teòrica de l’efecte. Va afirmar que la combinació de temperatura ultra baixa i un camp magnètic potent fa que els electrons formin un fluid quàntic incompressible. Però la figura que utilitza gràfics informàtics mostra el flux d’electrons (boles) que perfora el pla. Les agrestes del pla representen la distribució de càrrega d’un dels electrons en presència d’un camp magnètic i la càrrega d’altres electrons. Si s’afegeix un electró a un líquid quàntic, llavors es forma una certa quantitat de quasipartícules amb càrrega fraccionada (a la figura es mostra com un conjunt de fletxes per a cada electró).
El 1998, Horst Stormer, Daniel Tsui i Robert Laughlin van rebre el premi Nobel de física. Actualment, H. Stormer és professor de física a la Universitat de Columbia, D. Tsui és professor a la Universitat de Princeton i R. Laughlin és professor a la Universitat de Stanford.
Metall (aliatge)
T, ° C
B, T
R, mj/ k
Alumini
-190
0,54
-0,22
0
0,54
-0,33
+300
0,54
-0,39
+600
0,54
-0,41
Or
-190
0,54
-0,715
0
0,54
-0,695
+300
0,54
-0,721
+600
0,54
-0,785
Plata
-190
0,54
-0,925
0
0,54
-0,909
+300
0,54
-0,949
+600
0,54
-1,002
Coure
-190
0,54
-0,56
0
0,54
-0,513
+300
0,54
-0,543
+600
0,54
-0,587
Planxa
+26
0,3...1,7
+5,5
Cobalt
+ 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
Antimoni morgan
+20
0...2
+ 1200
+320
0...2
+10500
Teluri de crom
0
0-1,6
-31500
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: