Адијабатски негативан и позитиван Холов ефекат
У жици са струјом која је смештена у магнетно поље, напон се индукује у правцу који је окомит на правце електричне струје и магнетног поља. Феномен појаве таквог напона назива се Холов ефекат, а сам индуковани напон назива се Холов напон.
Године 1879. амерички физичар Едвин Хол (1855-1938), радећи на својој дисертацији, открио је занимљив ефекат. Узео је танку златну плочу која носи једносмерну струју и ставио је у магнетно поље окомито на раван плоче. У овом случају се између ивица плоче појавило додатно електрично поље. Касније је овај феномен добио име по откривачу. Холов ефекат је нашао широку примену: користи се за мерење индукције магнетног поља (Холови сензори), као и за проучавање физичких својстава проводних материјала (помоћу Холовог ефекта може се израчунати концентрација носилаца струје и њихов знак).
Модул сензора Холовог ефекта струје АЦС712 5А
Постоје две врсте носилаца електричне струје - позитивни носиоци који се крећу у једном смеру и негативни носиоци који се крећу у супротном смеру.
Негативни носиоци који се крећу у одређеном правцу кроз магнетно поље доживљавају силу која тежи да скрене њихово кретање са правог пута. Позитивни носиоци који путују у супротном смеру кроз исто магнетно поље се одбијају у истом правцу као и негативни носиоци.
Као резултат таквог одступања свих носилаца струје под утицајем Лоренцових сила на исту страну проводника, успоставља се градијент популације носиоца, а на једној страни проводника број носилаца по јединици запремине биће већи од на другом.
Слика испод илуструје укупан резултат овог процеса када постоји једнак број носилаца два типа.
Овде су потенцијални градијенти које генеришу носиоци два типа усмерени један против другог, тако да се њихов утицај не може детектовати када се посматра споља. Ако су носиоци једног типа бројнији од носилаца другог типа, тада градијент популације носиоца генерише потенцијал Холовог градијента, услед чега се може детектовати Холов напон примењен на жицу.
Адијабатски негативан Холов ефекат. Ако су само електрони носиоци наелектрисања, онда су температурни градијент и градијент електричног потенцијала у супротним смеровима.
Адијабатски Холов ефекат. Ако су само рупе носиоци наелектрисања, онда су градијент температуре и градијент електричног потенцијала у истом правцу
Ако је струја кроз жицу под утицајем напона Хола немогућа, онда између од стране Лоренцових снага а преко Хола се успоставља напонска равнотежа.
У овом случају, Лоренцове силе имају тенденцију да створе градијент популације носиоца дуж жице, док Холов напон тежи да обнови уједначену дистрибуцију популације по запремини жице.
Јачина (напон по јединици дебљине) Холовог електричног поља усмереног окомито на смер струје д и магнетног поља одређена је следећом формулом:
Фз = КзВЈ,
где К.з — Халов коефицијент (његов знак и апсолутна вредност могу значајно да варирају у зависности од специфичних услова); Б — магнетна индукција, а Ј је густина струје која тече у проводнику (вредност струје по јединици површине попречног пресека проводника).
На слици је приказан лист материјала који проводи јаку струју и када су његови крајеви повезани са батеријом. Ако измеримо разлику потенцијала између супротних страна, то ће нам дати нулу, као што је приказано на слици лево. Ситуација се мења када се магнетно поље Б примени окомито на струју у слоју, видећемо да се између супротних страна појављује веома мала потенцијална разлика В3 као што је приказано на слици десно.
Термин «адијабатски» се користи да опише услове у којима нема протока топлоте споља ка или из система који се разматра.
На обе стране жице налазе се слојеви изолационог материјала који спречавају проток топлоте и струје у попречном правцу.
Пошто напон Хола зависи од неравномерне дистрибуције носилаца, он се може одржати унутар тела само ако се енергија доводи из неког извора спољашњег тела.Ова енергија долази из електричног поља које ствара почетну струју у супстанци. У галваномагнетној супстанци су успостављена два градијента потенцијала.
Почетни градијент потенцијала се дефинише као почетна густина струје помножена отпором супстанце, а градијент Холовог потенцијала се дефинише као почетна густина струје помножена са Халовим коефицијентом.
Пошто су ова два градијента међусобно окомити, можемо сматрати њихову векторску суму, чији ће правац бити одступљен за неки угао од правца првобитне струје.
Овај угао, чија је вредност одређена односом сила електричног поља оријентисаног у правцу струје и електричног поља створеног у правцу струје, назива се Холов угао. Може бити позитиван или негативан у односу на смер струје, у зависности од тога који су носиоци доминантни - позитивни или негативни.
Сензор близине Холовог ефекта
Холов ефекат се заснива на механизму утицаја носача са преовлађујућим салинитетом, који зависи од општих физичких особина проводне супстанце. За метале и полупроводнике н-типа, електрони су носиоци, за полупроводнике п-типа - рупе.
Наелектрисања која носе струју се одбијају на исту страну жице као и електрони. Ако рупе и електрони имају исту концентрацију, они стварају два супротна Холова напона. Ако су њихове концентрације различите, онда један од ова два Холова напона преовлађује и може се мерити.
За позитивне носиоце, Холов напон потребан да се супротстави отклону носиоца под утицајем Лоренцових сила је супротан одговарајућем напону за негативне носиоце. У металима и полупроводницима н-типа, овај напон може чак променити предзнак када се спољашње поље или температура промени.
Холов сензор је електронски уређај дизајниран да детектује Холов ефекат и конвертује његове резултате у податке. Ови подаци се могу користити за укључивање и искључивање кола, могу их обрадити рачунар и могу изазвати различите ефекте које обезбеђује произвођач уређаја и софтвер.
У пракси, Холови сензори су једноставна, јефтина микро кола која користе магнетна поља за откривање променљивих као што су приступ, брзина или померање механичког система.
Холови сензори су бесконтактни, што значи да не морају да долазе у контакт ни са каквим физичким елементима.Могу генерисати дигитални или аналогни сигнал у зависности од дизајна и намене.
Сензори са Холовим ефектом могу се наћи у мобилним телефонима, ГПС уређајима, компасима, чврстим дисковима, моторима без четкица, фабричким монтажним линијама, аутомобилима, медицинским уређајима и многим уређајима за Интернет ствари.
Примена Халл ефекта: Халл сензори и Мерење магнетних величина