Эффект Холла - Hall effect

Эффект Холла

В эффект Холла это производство Напряжение разница ( Напряжение Холла) через электрический проводник, поперек электрический ток в проводнике и прикладном магнитное поле перпендикулярно току. Это было обнаружено Эдвин Холл в 1879 г.^[1]^[2]

Напряжение Холла или эффект Холла могут также возникать через пустоту или отверстие в полупроводниковой или металлической пластине, когда ток вводится через контакты, которые лежат на границе или краю пустоты или отверстия, и заряд течет за пределы пустоты или отверстия. в металле или полупроводнике. Это напряжение Холла или эффект Холла становится наблюдаемым в перпендикулярном магнитном поле, приложенном к контактам напряжения, которые лежат на границе пустоты по обе стороны линии, соединяющей токовые контакты, он демонстрирует очевидную смену знака по сравнению со стандартным обычным эффектом Холла в односвязный образец, и этот эффект Холла зависит только от тока, вводимого изнутри пустоты.^[3]

Суперпозиция также может быть реализована в эффекте Холла: представьте себе стандартную конфигурацию Холла, односвязную (без пустот) тонкую прямоугольную однородную пластину Холла с контактами тока и напряжения на (внешней) границе, которая создает напряжение Холла в перпендикулярном магнитном поле. . Теперь представьте, что в этой стандартной холловской конфигурации размещается прямоугольная полость или отверстие с контактами тока и напряжения, как упоминалось выше, на внутренней границе или краю пустоты. Для простоты токовые контакты на границе пустоты могут быть совмещены с токовыми контактами на внешней границе в стандартной конфигурации Холла. В такой конфигурации два эффекта Холла могут быть реализованы и наблюдаться одновременно в одном и том же двусвязном устройстве: эффект Холла на внешней границе, который пропорционален току, подаваемому только через внешнюю границу, и явно измененный знак эффекта Холла на внешней границе. внутренняя граница, которая пропорциональна току, подаваемому только через внутреннюю границу. Суперпозиция множественных эффектов Холла может быть реализована путем размещения множества пустот внутри элемента Холла с контактами тока и напряжения на границе каждой пустоты.^[3] Патент DE 4308375

Коэффициент Холла определяется как отношение индуцированных электрическое поле на произведение плотности тока и приложенного магнитного поля. Это характеристика материала, из которого изготовлен проводник, так как его значение зависит от типа, количества и свойств носители заряда которые составляют ток.

Для наглядности исходный эффект иногда называют обычный эффект Холла чтобы отличить его от других «эффектов Холла», которые могут иметь дополнительные физические механизмы, но основываются на этих основах.

Открытие

Современная теория электромагнетизм был систематизирован Джеймс Клерк Максвелл в газете "О физических силовых линиях ", который был опубликован в четырех частях в период с 1861 по 1862 год. В то время как статья Максвелла установила прочную математическую основу для теории электромагнетизма, подробные механизмы теории все еще исследуются. Один из таких вопросов касался деталей взаимодействия между магнитами и электрическими ток, включая взаимодействие магнитных полей с проводниками или с самим электрическим током. В 1879 году Эдвин Холл изучал это взаимодействие и обнаружил эффект Холла, когда работал над докторской степенью в Университет Джона Хопкинса в Балтимор, Мэриленд.^[4] Восемнадцать лет до электрон был обнаружен, его измерения крошечного эффекта, производимого в аппарате, который он использовал, были экспериментальными проявление силы, вышедшая под названием «О новом действии магнита на электрические токи».^[5]^[6]^[7]

Теория

Эффект Холла возникает из-за характера тока в проводнике. Ток состоит из движения множества мелких носители заряда обычно электроны, дыры, ионы (видеть Электромиграция ) или все три. Когда присутствует магнитное поле, эти заряды испытывают силу, называемую Сила Лоренца.^[8] Когда такое магнитное поле отсутствует, заряды следуют приблизительно по прямым путям «прямой видимости» между столкновениями с примесями, фононы и т. д. Однако, когда применяется магнитное поле с перпендикулярной составляющей, их пути между столкновениями искривлены, таким образом, движущиеся заряды накапливаются на одной стороне материала. Это оставляет равные и противоположные заряды на другой стороне, где мало мобильных зарядов. Результатом является асимметричное распределение плотности заряда по элементу Холла, возникающее из-за силы, перпендикулярной как пути «луча зрения», так и приложенному магнитному полю. Разделение заряда устанавливает электрическое поле который препятствует переносу дальнейшего заряда, поэтому устойчивый электрический потенциал устанавливается до тех пор, пока идет заряд.^[9]

В классический электромагнетизм электроны движутся в направлении, противоположном току $я$ (к соглашение «ток» описывает теоретический «поток дыр»). В некоторых металлах и полупроводниках это появляется «дыры» на самом деле текут, потому что направление напряжения противоположно приведенному ниже выводу.

Установка для измерения эффекта Холла электронов. Первоначально электроны движутся по изогнутой стрелке из-за магнитной силы. На некотором расстоянии от токоподводящих контактов электроны скапливаются с левой стороны и истощаются с правой стороны, что создает электрическое поле.

ξ у

в направлении назначенного

V ЧАС

.

V ЧАС

отрицательна для некоторых полупроводников, в которых, кажется, текут «дыры». В устойчивом состоянии,

ξ у

будет достаточно сильным, чтобы точно нейтрализовать магнитную силу, поэтому электроны движутся по прямой стрелке (пунктирная).

Воспроизвести медиа

Анимация, показывающая упрощенный принцип

Для простого металла, где есть только один вид носитель заряда (электроны), напряжение Холла $V ЧАС$ можно получить с помощью Сила Лоренца и видя, что в стационарном состоянии заряды не движутся в $у$ направление оси. Таким образом, магнитная сила на каждый электрон в $у$ направление оси отменяется $у$ -осевая электрическая сила из-за накопления зарядов. В $v Икс$ срок - это скорость дрейфа тока, который предполагается в этой точке по соглашению. В $v Икс B z$ термин отрицательный в $у$ - направление оси по правилу правой руки.

{displaystyle mathbf {F} = q {igl (} mathbf {E} + mathbf {v} imes mathbf {B} {igl)}}

В устойчивом состоянии, $F = 0$ , так $0 = E у - v Икс B z$ , куда $E у$ назначается в направлении $у$ -оси, (а не со стрелкой индуцированного электрического поля $ξ у$ как на изображении (указывая на $- у$ direction), который сообщает вам, куда указывает поле, вызванное электронами).

В проводах текут электроны вместо дырок, поэтому $v Икс \to - v Икс$ и $q \to - q$ . Также $E у = - V ЧАС / ш$ . Замена этих изменений дает

{displaystyle V_ {mathrm {H}} = v_ {x} B_ {z} w}

Обычный «дырочный» ток направлен в отрицательном направлении электронного тока и отрицательном направлении электрического заряда, что дает $я Икс = ntw (- v Икс)(- е)$ куда $п$ является плотность носителей заряда, $tw$ - площадь поперечного сечения, а $- е$ - заряд каждого электрона. Решение для ${displaystyle w}$ и подключение к вышеуказанному дает напряжение Холла:

{displaystyle V_ {mathrm {H}} = {frac {I_ {x} B_ {z}} {nte}}}

Если накопление заряда было положительным (как в некоторых полупроводниках), то $V ЧАС$ назначенный на изображении был бы отрицательным (положительный заряд накапливался бы на левой стороне).

Коэффициент Холла определяется как

{displaystyle R_ {mathrm {H}} = {frac {E_ {y}} {j_ {x} B_ {z}}}}

или же

{displaystyle E = -R_ {H} (J_ {c} imes B)}

куда $j$ это плотность тока электронов-носителей, и $E у$ - индуцированное электрическое поле. В единицах СИ это становится

{displaystyle R_ {mathrm {H}} = {frac {E_ {y}} {j_ {x} B}} = {frac {V_ {mathrm {H}} t} {IB}} = {frac {1} { ne}}.}

(Единицы $р ЧАС$ обычно выражаются как m³/ C, или Ом · см /грамм, или другие варианты.) В результате эффект Холла очень полезен как средство измерения либо плотности носителей, либо магнитного поля.

Одна очень важная особенность эффекта Холла состоит в том, что он различает положительные заряды, движущиеся в одном направлении, и отрицательные, движущиеся в противоположном. На диаграмме выше эффект Холла с отрицательным носитель заряда (электрон). Но представьте, что применяются те же магнитное поле и ток, но ток переносится внутри устройства на эффекте Холла положительной частицей. Разумеется, частица должна двигаться в направлении, противоположном направлению электрона, чтобы ток был одинаковым - вниз на диаграмме, а не вверх, как электрон. Таким образом, мнемонически говоря, ваш большой палец в Закон силы Лоренца, представляющий (условный) ток, будет указывать на одно и тоже направление, как и раньше, потому что ток такой же - электрон, движущийся вверх, имеет тот же ток, что и положительный заряд, движущийся вниз. И с пальцами (магнитное поле) тоже то же самое, что интересно носитель заряда отклоняется влево на диаграмме независимо от того, положительный он или отрицательный. Но если положительные носители отклонятся влево, они построят относительно положительное напряжение слева, тогда как если есть отрицательные носители (а именно электроны), они создают отрицательное напряжение слева, как показано на схеме. Таким образом, для того же тока и магнитного поля полярность напряжения Холла зависит от внутренней природы проводника и полезна для выяснения его внутренней работы.

Это свойство эффекта Холла стало первым реальным доказательством того, что электрические токи в металлах переносятся движущимися электронами, а не протонами. Он также показал, что в некоторых веществах (особенно полупроводники p-типа ), напротив, правильнее думать о токе как о положительном "дыры «движущиеся, а не отрицательные электроны. Распространенный источник путаницы с эффектом Холла в таких материалах состоит в том, что дырки, движущиеся в одну сторону, на самом деле являются электронами, движущимися в противоположную сторону, поэтому можно ожидать, что полярность напряжения Холла будет такой же, как если бы электроны носители заряда как в металлах и полупроводники n-типа. Однако мы наблюдаем противоположную полярность напряжения Холла, что указывает на положительные носители заряда. Однако, конечно, актуальных позитроны или другой положительный элементарный частицы несущий заряд в полупроводники p-типа, отсюда и название «дыры». Точно так же, как чрезмерно упрощенная картина света в стекле как фотонов, поглощаемых и повторно испускаемых для объяснения преломление исчезает при более внимательном рассмотрении, это очевидное противоречие также может быть разрешено только современной квантовой теорией квазичастицы в котором коллективное квантованное движение множества частиц может, в реальном физическом смысле, рассматриваться как отдельная частица (хотя и не элементарная).^[10]

Вне связи с этим неоднородность в проводящем образце может привести к ложному признаку эффекта Холла даже в идеальных условиях. ван дер Пау конфигурация электродов. Например, эффект Холла, соответствующий положительным носителям, наблюдался, очевидно, в полупроводниках n-типа.^[11] Другой источник артефактов в однородных материалах возникает, когда соотношение сторон образца недостаточно велико: полное напряжение Холла возникает только вдали от токоподводящих контактов, поскольку на контактах поперечное напряжение замыкается на ноль.

Эффект Холла в полупроводниках

Когда токонесущий полупроводник удерживается в магнитном поле, носители заряда полупроводника испытывают силу в направлении, перпендикулярном как магнитному полю, так и току. В состоянии равновесия на краях полупроводника появляется напряжение.

Приведенная выше простая формула для коэффициента Холла обычно является хорошим объяснением, когда в проводимости преобладает один носитель заряда. Однако для полупроводников и многих металлов теория более сложная, потому что в этих материалах проводимость может включать значительный одновременный вклад обоих электроны и дыры, которые могут присутствовать в разных концентрациях и иметь разные подвижность. Для умеренных магнитных полей коэффициент Холла равен^[12]^[13]

{displaystyle R_ {mathrm {H}} = {frac {pmu _ {mathrm {h}} ^ {2} -nmu _ {mathrm {e}} ^ {2}} {eleft (pmu _ {mathrm {h}}) + nmu _ {mathrm {e}} ight) ^ {2}}}}

или эквивалентно

{displaystyle R_ {mathrm {H}} = {frac {left (p-nb ^ {2} ight)} {eleft (p + nbight) ^ {2}}}}

с

{displaystyle b = {frac {mu _ {mathrm {e}}} {mu _ {mathrm {h}}}}}

.

Здесь $п$ - концентрация электронов, $п$ концентрация дырок, $μ е$ подвижность электронов, $μ час$ подвижность дырок и $е$ элементарный заряд.

Для больших прикладных полей справедливо более простое выражение, аналогичное выражению для одного типа несущей.

Отношения со звездообразованием

Хотя хорошо известно, что магнитные поля играют важную роль в звездообразовании, исследовательские модели^[14]^[15]^[16] указывают на то, что диффузия Холла критически влияет на динамику гравитационного коллапса, который формирует протозвезды.

Квантовый эффект Холла

Для двумерной электронной системы, которая может быть создана в МОП-транзистор, при наличии больших магнитное поле сила и низкая температура, можно наблюдать квантовый эффект Холла, в котором холловский проводимость $σ$ подвергается квантовые холловские переходы принять квантованные значения.

Эффект спин-холла

Спиновый эффект Холла заключается в накоплении спина на боковых границах образца с током. Магнитное поле не требуется. Это было предсказано Михаил Дьяконов и Перель В. И. в 1971 г. и экспериментально наблюдался более 30 лет спустя как в полупроводниках, так и в металлах как при криогенных, так и при комнатных температурах.

Квантовый спиновый эффект Холла

За теллурид ртути В двумерных квантовых ямах с сильной спин-орбитальной связью, в нулевом магнитном поле, при низкой температуре недавно был обнаружен квантовый спиновый эффект Холла.

Аномальный эффект Холла

В ферромагнитный материалы (и парамагнитный материалы в магнитное поле ) сопротивление Холла включает дополнительный вклад, известный как аномальный эффект Холла (или необычный эффект Холла), который напрямую зависит от намагничивание материала и часто намного больше обычного эффекта Холла. (Обратите внимание, что этот эффект нет благодаря вкладу намагничивание в целом магнитное поле.) Например, в никеле аномальный коэффициент Холла примерно в 100 раз больше, чем обычный коэффициент Холла вблизи температуры Кюри, но они похожи при очень низких температурах.^[17] Хотя это хорошо известное явление, до сих пор ведутся споры о его происхождении в различных материалах. Аномальный эффект Холла может быть либо внешний (связанный с расстройством) эффект из-за вращение -зависимый рассеяние из носители заряда, или внутренний эффект, который можно описать с помощью Ягодная фаза эффект в импульсном пространстве кристалла ( $k$ -Космос).^[18]

Эффект Холла в ионизированных газах

Эффект Холла в ионизованном газе (плазма ) существенно отличается от эффекта Холла в твердых телах (где Параметр Холла всегда намного меньше единицы). В плазме параметр Холла может принимать любое значение. Параметр Холла, $β$ , в плазме - соотношение между электронными гирочастота, $Ω е$ , а частота столкновений электрона с тяжелыми частицами $ν$ :

{displaystyle eta = {frac {Omega _ {mathrm {e}}} {u}} = {frac {eB} {m_ {mathrm {e}} u}}}

куда

$е$ это элементарный заряд (примерно 1.6×10⁻¹⁹ C)
$B$ магнитное поле (в теслас )
$м е$ это масса электрона (примерно 9.1×10⁻³¹ кг).

Значение параметра Холла увеличивается с увеличением напряженности магнитного поля.

Физически траектории электронов искривлены Сила Лоренца. Тем не менее, когда параметр Холла мал, их движение между двумя столкновениями с тяжелыми частицами (нейтральный или же ион ) почти линейно. Но если параметр Холла велик, движение электронов сильно искривлено. В плотность тока вектор, $J$ , больше не коллинеарен электрическое поле вектор, $E$ . Два вектора $J$ и $E$ сделать Угол холла, $θ$ , что также дает параметр Холла:

{displaystyle eta = an (heta).}

Приложения

Датчики Холла часто используются как магнитометры, т.е. для измерения магнитных полей или проверки материалов (например, труб или трубопроводов) с использованием принципов рассеяние магнитного потока.

Устройства на эффекте Холла производят очень низкий уровень сигнала и поэтому требуют усиления. Подходит для лабораторных приборов, но вакуумная труба усилители доступные в первой половине 20 века были слишком дорогими, энергоемкими и ненадежными для повседневного использования. Это было только с разработкой низкой стоимости Интегральная схема что датчик на эффекте Холла стал пригодным для массового применения. Многие устройства сейчас продаются как Датчики на эффекте Холла фактически содержат как датчик, как описано выше, так и высокий коэффициент усиления Интегральная схема (IC) усилитель в едином корпусе. Последние достижения добавили в один пакет аналого-цифровой преобразователь и I²C (Протокол связи между интегральными схемами) IC для прямого подключения к микроконтроллер порт ввода-вывода.

Преимущества перед другими методами

Устройства на эффекте Холла (при надлежащей упаковке) невосприимчивы к пыли, грязи, грязи и воде. Эти характеристики делают устройства на эффекте Холла лучшими для определения положения, чем альтернативные средства, такие как оптическое и электромеханическое определение.

Датчик тока на эффекте Холла с внутренним усилителем на интегральной схеме. Отверстие 8 мм. Выходное напряжение нулевого тока находится посередине между напряжениями питания, которые поддерживают дифференциал от 4 до 8 вольт. Отклик на ненулевой ток пропорционален подаваемому напряжению и линейен до 60 ампер для данного конкретного устройства (25 А).

Когда электроны проходят через проводник, создается магнитное поле. Таким образом, можно создать бесконтактный датчик тока. Устройство имеет три контакта. Напряжение датчика подается на два контакта, а третий обеспечивает напряжение, пропорциональное измеряемому току. У этого есть несколько преимуществ; нет дополнительного сопротивления (a шунт, требуемый для наиболее распространенного метода измерения тока) необходимо вставить в первичную цепь. Кроме того, напряжение, присутствующее в линии, которая должна быть измерена, не передается на датчик, что повышает безопасность измерительного оборудования.

Недостатки по сравнению с другими методами

Магнитный поток из окружающей среды (например, других проводов) может уменьшать или увеличивать поле, которое зонд Холла намеревается обнаружить, что делает результаты неточными.

Способы измерения механического положения в электромагнитной системе, такой как бесщеточный двигатель постоянного тока, включают (1) эффект Холла, (2) оптический датчик положения (например, абсолютный и инкрементальные энкодеры ) и (3) индуцированное напряжение за счет перемещения металлического сердечника, вставленного в трансформатор. Когда Холла сравнивают с фоточувствительными методами, с Холлом труднее получить абсолютную позицию. Обнаружение Холла также чувствительно к паразитным магнитным полям.^{[нужна цитата ]}

Современные приложения

Датчики на эффекте Холла доступны от ряда различных производителей и могут использоваться в различных датчиках, таких как датчики скорости вращения (велосипедные колеса, зубья шестерен, автомобильные спидометры, электронные системы зажигания), жидкости датчики потока, датчики тока, и датчики давления. Общие приложения часто встречаются там, где требуется прочный и бесконтактный переключатель или потенциометр. К ним относятся: электрические страйкбол пистолеты, курки электропневматических пейнтбольное оружие, устройства контроля скорости, смартфоны и некоторые системы глобального позиционирования.

Преобразователь тока на ферритовом тороиде на эффекте Холла

Схема преобразователя тока на эффекте Холла, встроенного в ферритовое кольцо.

Датчики Холла могут легко обнаруживать паразитные магнитные поля, в том числе земные, поэтому они хорошо работают как электронные компасы: но это также означает, что такие паразитные поля могут препятствовать точным измерениям малых магнитных полей. Чтобы решить эту проблему, датчики Холла часто интегрируют с каким-либо магнитным экраном. Например, датчик Холла, интегрированный в ферритовое кольцо (как показано), может уменьшить обнаружение полей рассеяния в 100 раз или лучше (поскольку внешние магнитные поля компенсируются по кольцу, не давая остаточной магнитный поток ). Эта конфигурация также обеспечивает улучшение отношения сигнал / шум и эффекты дрейфа более чем в 20 раз по сравнению с устройством Холла без покрытия.

Диапазон данного проходного датчика может быть расширен вверх и вниз с помощью соответствующей проводки. Чтобы расширить диапазон до более низких токов, можно сделать несколько витков токоведущего провода через отверстие, при этом каждый поворот добавляет к выходному сигналу датчика одно и то же количество; при установке датчика на печатную плату повороты могут выполняться скобами на плате. Чтобы расширить диапазон до более высоких токов, можно использовать делитель тока. Делитель разделяет ток по двум проводам разной ширины, и более тонкий провод, по которому проходит меньшая часть общего тока, проходит через датчик.

Множественные "повороты" и соответствующая передаточная функция.

Датчик с разъемным кольцом

Вариант кольцевого датчика использует раздельный датчик который зажимается на линии, что позволяет использовать устройство во временном испытательном оборудовании. При использовании в стационарной установке раздельный датчик позволяет проверять электрический ток без демонтажа существующей цепи.

Аналоговое умножение

Выходной сигнал пропорционален приложенному магнитному полю и приложенному напряжению датчика. Если магнитное поле приложено соленоидом, выходной сигнал датчика пропорционален произведению тока через соленоид и напряжения датчика. Поскольку большинство приложений, требующих вычислений, теперь выполняются небольшими цифровые компьютеры остающееся полезное применение - измерение мощности, которое сочетает в себе измерение тока и напряжения в одном устройстве на эффекте Холла.

Измерение мощности

Измеряя ток, подаваемый на нагрузку, и используя приложенное к устройству напряжение в качестве напряжения датчика, можно определить мощность, рассеиваемую устройством.

Определение положения и движения

Устройства на эффекте Холла, используемые в датчиках движения и концевых выключателях движения, могут обеспечить повышенную надежность в экстремальных условиях. Поскольку внутри датчика или магнита нет движущихся частей, средний срок службы увеличивается по сравнению с традиционными электромеханическими переключателями. Кроме того, датчик и магнит могут быть заключены в соответствующий защитный материал. Это приложение используется в бесщеточные двигатели постоянного тока.

Датчики на эффекте Холла, прикрепленные к механическим датчикам, которые имеют намагниченные индикаторные иглы, могут преобразовывать физическое положение или ориентацию стрелки механического индикатора в электрический сигнал, который может использоваться электронными индикаторами, элементами управления или устройствами связи.^[19]

Автомобильное зажигание и впрыск топлива

Обычно используемый в распределителях для определения угла опережения зажигания (и в некоторых типах датчиков положения коленчатого вала и распределительного вала для определения времени импульса впрыска, определения скорости и т. Д.), Датчик эффекта Холла используется как прямая замена механических точек прерывания, используемых в более ранних автомобильных приложениях. Его использование в качестве устройства регулировки угла опережения зажигания в распределителях различных типов заключается в следующем. Стационарный постоянный магнит и полупроводниковая микросхема с эффектом Холла установлены рядом друг с другом и разделены воздушным зазором, образуя датчик Холла. Металлический ротор, состоящий из окон и выступов, установлен на валу и расположен так, что во время вращения вала окна и выступы проходят через воздушный зазор между постоянным магнитом и полупроводниковым кристаллом Холла. Это эффективно экранирует и подвергает чип Холла воздействию поля постоянного магнита в зависимости от того, проходит ли язычок или окно через датчик Холла. Для определения угла опережения зажигания металлический ротор будет иметь ряд выступов и окон одинакового размера, соответствующих количеству цилиндров двигателя. Это дает однородный выходной сигнал прямоугольной формы, поскольку время включения / выключения (экранирование и экспонирование) одинаково. Этот сигнал используется компьютером двигателя или ЭБУ для управления моментом зажигания. Многие автомобильные датчики на эффекте Холла имеют встроенный внутренний NPN-транзистор с открытый коллектор и заземленный эмиттер, что означает, что вместо напряжения, создаваемого на выходном сигнальном проводе датчика Холла, включается транзистор, обеспечивая цепь для заземления через выходной сигнальный провод.

Определение вращения колеса

Определение вращения колеса особенно полезно в антиблокировочные тормозные системы. Принципы работы таких систем были расширены и уточнены, чтобы предложить больше, чем функции противоскольжения, теперь они обеспечивают расширенное транспортное средство. умение обращаться улучшения.

Управление электродвигателем

Некоторые виды бесщеточные электродвигатели постоянного тока используйте датчики на эффекте Холла, чтобы определить положение ротора и передать эту информацию контроллеру мотора. Это позволяет более точно управлять двигателем.

Промышленное применение

Применения для измерения эффекта Холла также распространились на промышленные приложения, которые теперь используют эффект Холла. джойстики для управления гидравлическими клапанами, заменив традиционные механические рычаги бесконтактным датчиком. К таким приложениям относятся карьерные самосвалы, экскаваторы-погрузчики, краны, экскаваторы, ножничные подъемники и т. Д.

Движение космического корабля

А Подруливающее устройство на эффекте Холла (HET) - относительно маломощное устройство, которое используется для приведения в движение некоторых космический корабль, после того, как он попадает в орбита или подальше в космос. В HET, атомы находятся ионизированный и ускоренный электрическое поле. Радиальное магнитное поле, создаваемое магнитами на двигателе, используется для улавливания электроны которые затем вращаются и создают электрическое поле за счет эффекта Холла. Между концом двигателя малой тяги, куда подается нейтральное топливо, и частью, где образуются электроны, устанавливается большой потенциал; таким образом, электроны, захваченные магнитным полем, не могут упасть до более низкого потенциала. Таким образом, они чрезвычайно энергичны, что означает, что они могут ионизировать нейтральные атомы. Нейтральное топливо закачивается в камеру и ионизируется захваченными электронами. Затем положительные ионы и электроны выбрасываются из двигателя как квазинейтральный плазма, создавая тягу.

Эффект Корбино

Диск Корбино - пунктирные кривые представляют логарифмическая спираль пути отклоненных электронов

В Корбино Эффект - это явление, связанное с эффектом Холла, но вместо прямоугольного используется металлический образец в форме диска. Благодаря своей форме диск Корбино позволяет наблюдать за эффектом Холла. магнитосопротивление без соответствующего напряжения Холла.

Радиальный ток через круглый диск, подвергнутый воздействию магнитного поля, перпендикулярного плоскости диска, создает «круговой» ток через диск.^[20]

Отсутствие свободных поперечных границ упрощает интерпретацию эффекта Корбино по сравнению с эффектом Холла.

Смотрите также

Источники

Введение в физику плазмы и управляемый синтез, Том 1, Физика плазмы, второе издание, 1984, Фрэнсис Ф. Чен

дальнейшее чтение

Baumgartner, A .; Ihn, T .; Ensslin, K .; Папп, G .; Peeters, F .; Марановский, К .; Госсард, А. С. (2006). «Классический эффект Холла в экспериментах со сканирующим затвором». Физический обзор B. 74 (16). Bibcode:2006ПхРвБ..74п5426Б. Дои:10.1103 / PhysRevB.74.165426. HDL:10067/613600151162165141.
Annraoi M. de Paor. Поправка к классическому двухвидовому коэффициенту Холла с использованием теории двухпортовых сетей. Международный журнал электротехнического образования 43/4.
NIST Эффект Холла
Вашингтонский университет Эффект Холла

внешняя ссылка

Патенты

Патент США 1,778,796 , П. Х. Крейг, Система и аппаратура, использующие эффект Холла
Патент США 3,596,114 , Дж. Т. Мопин, Э. А. Вортманн, Бесконтактный переключатель на эффекте Холла с предварительно смещенным триггером Шмитта
Патент США 5646527, Р. Г. Мани и К. фон Клитцинг, "Устройство на эффекте Холла с токовыми и холловскими связями"

Общий

Понимание и применение эффекта Холла
Двигатели на эффекте Холла Альта Спейс
Калькуляторы эффекта холла
Интерактивное руководство Java по эффекту Холла Национальная лаборатория сильного магнитного поля
Мир науки (wolfram.com) статья.
"Эффект Холла ". nist.gov.
Таблица с коэффициентами Холла различных элементов при комнатной температуре.
Моделирование эффекта Холла как видео на Youtube
Эффект Холла в электролитах
Боули, Роджер (2010). "Эффект Холла". Шестьдесят символов. Брэди Харан для Ноттингемский университет.

[1] Эдвин Холл (1879). «О новом действии магнита на электрические токи». Американский журнал математики. 2 (3): 287–92. Дои:10.2307/2369245. JSTOR 2369245. Архивировано из оригинал на 2011-07-27. Получено 2008-02-28.

[2] "Эффект Холла | Определение и факты". Энциклопедия Британника. Получено 2020-02-13.

[:0-3] а ^б Mani, R.G .; фон Клитцинг, К. (1994-03-07). «Эффект Холла в условиях нулевого тока». Письма по прикладной физике. 64 (10): 1262–1264. Дои:10.1063/1.110859. ISSN 0003-6951.

[bridgeman-momoir-4] Бриджмен, П. В. (1939). Биографические воспоминания Эдвина Герберта Холла. Национальная академия наук.

[5] Холл, Э. Х. (1879). «О новом действии магнита на электрические токи». Американский журнал математики. JSTOR. 2 (3): 287. Дои:10.2307/2369245. ISSN 0002-9327.

[6] «История эффекта Холла». Получено 2015-07-26.

[7] Рамсден, Эдвард (2006). Датчики на эффекте Холла. Elsevier Inc., стр. Xi. ISBN 978-0-7506-7934-3.

[8] "Эффект Холла". NIST. Архивировано из оригинал на 2008-03-07. Получено 2008-02-28.

[9] «Датчик эффекта Холла». Электронные учебники.

[10] N.W. Эшкрофт и Н.Д. Мермин "Физика твердого тела" ISBN 978-0-03-083993-1

[11] Огаки, Такеши; Охаши, Наоки; Сугимура, Шигеаки; Рёкен, Харуки; Сакагути, Исао; Адачи, Ютака; Ханеда, Хадзиме (2008). «Положительные коэффициенты Холла, полученные при неправильном смещении контактов на очевидном ппленки и кристаллы ZnO ». Журнал материаловедения. 23 (9): 2293. Bibcode:2008JMatR..23.2293O. Дои:10.1557 / JMR.2008.0300.

[Kasap2001-12] Касап, Сафа. «Эффект Холла в полупроводниках» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 21.08.2008.

[13] "Эффект Холла". hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Получено 2020-02-13.

[14] Марк Уордл (2004). «Звездообразование и эффект Холла». Астрофизика и космическая наука. 292 (1): 317–323. arXiv:astro-ph / 0307086. Bibcode:2004Ap и SS.292..317W. CiteSeerX 10.1.1.746.8082. Дои:10.1023 / B: ASTR.0000045033.80068.1f.

[15] Плетение, C. R .; Уордл, М. (2012). «Эффект Холла в звездообразовании». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 422 (1): 261. arXiv:1109.1370. Bibcode:2012МНРАС.422..261Б. Дои:10.1111 / j.1365-2966.2012.20601.x.

[16] Плетение, C. R .; Уордл, М. (2012). «Эффект Холла в аккреционных потоках». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 427 (4): 3188. arXiv:1208.5887. Bibcode:2012МНРАС.427.3188Б. Дои:10.1111 / j.1365-2966.2012.22001.x.

[17] Роберт Карплюс и Дж. М. Латтинджер (1954). «Эффект Холла в ферромагнетиках». Phys. Rev. 95 (5): 1154–1160. Bibcode:1954ПхРв ... 95,1154К. Дои:10.1103 / PhysRev.95.1154.

[sinitsyn-08jpa-18] Синицын Н.А. (2008). «Полуклассические теории аномального эффекта Холла». Журнал физики: конденсированное вещество. 20 (2): 023201. arXiv:0712.0183. Bibcode:2008JPCM ... 20b3201S. Дои:10.1088/0953-8984/20/02/023201.

[esi_tank_sensors-19] Датчики и зонды резервуаров, Electronic Sensors, Inc., получено 8 августа 2018 г.

[Adams1915-20] Адамс, Э. П. (1915). Эффекты Холла и Корбино. Труды Американского философского общества. 54. С. 47–51. Bibcode:1916ФДТ ......... 2С. ISBN 978-1-4223-7256-2. Получено 2009-01-24.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]