Хасапов Борис Георгиевич
Эффект Холла был открыт в 1879 г. американским ученым Эдвином Гербертом Холлом. Его сущность состоит в следующем (см. рисунок). Если через проводящую пластинку пропускать ток, а перпендикулярно пластинке направить магнитное поле, то в направлении поперечном току (и направлению магнитного поля) на пластинке появится напряжение: Uh = (RhHlsinw)/d, где Rh - коэффициент Холла, зависящий от материала проводника; Н - напряженность магнитного поля; I - ток в проводнике; w - угол между направлением тока и вектором индукции магнитного поля (если w = 90°, sinw = 1); d - толщина материала.
Благодаря тому, что выходной эффект определяется произведением двух величин (Н и I), датчики Холла имеют весьма широкое применение. В таблице приведены коэффициенты Холла для различных металлов и сплавов. Обозначения: Т - температура; В - магнитный поток; Rh - коэффициент Холла в единицах м3 /Кл.
Бесконтактные клавишные переключатели на основе эффекта Холла применялись за рубежом довольно широко уже с начала 70-х годов. Достоинства этого переключателя - высокая надежность и долговечность, малые габариты, а недостатки - постоянное потребление энергии и сравнительно высокая стоимость.
Принцип действия генератора Холла
Датчик Холла имеет щелевую конструкцию. С одной стороны щели расположен полупроводник, по которому при включенном зажигании протекает ток, а с другой стороны - постоянный магнит.
В магнитном поле на движущиеся электроны воздействует сила. Вектор силы перпендикулярен направлению, как магнитной так и электрической составляющих поля.
Если внести в магнитное поле с индукцией В полупроводниковую пластинку (например, из арсенида индия или антимонида индия), через которую протекает электрический ток, то на боковых сторонах, перпендикулярно направлению тока, возникает разность потенциалов. Напряжение Холла (ЭДС Холла) пропорционально току и магнитной индукции.
Между пластинкой и магнитом имеется зазор. В зазоре датчика находится стальной экран. Когда в зазоре нет экрана, то на пластинку полупроводника действует магнитное поле и с нее снимается разность потенциалов. Если же в зазоре находится экран, то магнитные силовые линии замыкаются через экран и на пластинку не действует, в этом случае разность потенциалов на пластинке не возникает.
Интегральная микросхема преобразует разность потенциалов, создающуюся на пластинке, в отрицательные импульсы напряжения определенной величины на выходе датчика. Когда экран находится в зазоре датчика, то на его выходе будет напряжение, если же в зазоре датчика экрана нет, то напряжение на выходе датчика близкое к нулю.
Дробный квантовый эффект Холла
Об эффекте Холла написано много, этот эффект интенсивно используется в технике, но ученые продолжают его исследовать. В 1980 г. немецкий физик Клаус фон Клитцунг изучал работу эффекта Холла при сверхнизких температурах. В тонкой пластинке полупроводника фон Клитцунг плавно изменял напряженность магнитного поля и обнаружил, что сопротивление Холла изменяется не плавно, а скачками. Величина скачка не зависила от свойств материала, а являлась комбинацией фундаментальных физических констант, деленной на постоянное число. Получалось, что законы квантовой механики каким-то образом изменяли природу эффекта Холла. Это явление было названо интегральным квантовым эффектом Холла. За это открытие фон Клитцунг получил Нобелевскую премию по физике в 1985 г.
Два года спустя после открытия фон Клитцунга в лаборатории компании Bell Telephone (той самой, в которой был открыт транзистор) сотрудники Стормер и Тсуи изучали квантовый эффект Холла, используя исключительно чистый образец арсенида галлия большого размера, изготовленный в этой же лаборатории. Образец имел настолько высокую степень чистоты, что электроны проходили его из конца в конец, не встречая препятствий. Эксперимент Стормера и Тсуи проходил при гораздо более низкой температуре (почти абсолютный нуль) и с более мощными магнитными полями, чем в эксперименте фон Клитцунга (в миллион раз больше, чем магнитное поле Земли).
К своему большому удивлению Стормер и Тсуи обнаружили скачок в сопротивлении Холла в три раза больший, чем у фон Клитцунга. Затем они обнаружили еще большие скачки. Получалась та же комбинация физических постоянных, но деленная не на целое, а на дробное число. Заряд электрона у физиков считается константой, не делимой на части. А в этом эксперименте как бы участвовали частицы с дробными зарядами. Эффект был назван дробным квантовым эффектом Холла.
Год спустя после этого открытия сотрудник лаборатории Ла-флин дал теоретическое объяснение эффекта. Он заявил, что комбинация сверхнизкой температуры и мощного магнитного поля заставляет электроны образовывать несжимаемую квантовую жидкость. Но рисунке с помощью компьютерной графики показан поток электронов (шары), протыкающих плоскость. Неровности плоскости представляют распределение заряда одного из электронов в присутствии магнитного поля и заряда других электронов. Если электрон добавляется к квантовой жидкости, то образуется некоторое количество квазичастиц с дробным зарядом (на рисунке это показано как набор стрелок у каждого электрона).
В 1998 г. Хорст Стормер, Даниэль Тсуи и Роберт Лафлин были удостоены Нобелевской премии по физике. В настоящее время Х.Стормер - профессор физики Колумбийского университета, Д.Тсуи - профессор Принстонского университета, Р.Лафлин - профессор Стенфордского университета.
Металл (сплав) |
Т, °С |
В, Тл |
R, mj/k |
Алюминий |
-190 |
0, 54 |
-0, 22 |
|
0 |
0, 54 |
-0, 33 |
|
+300 |
0, 54 |
-0, 39 |
|
+600 |
0, 54 |
-0, 41 |
Золото |
-190 |
0, 54 |
-0, 715 |
|
0 |
0, 54 |
-0, 695 |
|
+300 |
0, 54 |
-0, 721 |
|
+600 |
0, 54 |
-0, 785 |
Серебро |
-190 |
0, 54 |
-0, 925 |
|
0 |
0, 54 |
-0, 909 |
|
+300 |
0, 54 |
-0, 949 |
|
+600 |
0, 54 |
-1, 002 |
Медь |
-190 |
0, 54 |
-0, 56 |
|
0 |
0, 54 |
-0, 513 |
|
+300 |
0, 54 |
-0, 543 |
|
+600 |
0, 54 |
-0, 587 |
Железо |
+26 |
0, 3...1, 7 |
+5, 5 |
Кобальт |
+ 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 |
Морганец-сурьмо |
+20 |
0...2 |
+ 1200 |
|
+320 |
0...2 |
+10500 |
Хром-теллур |
0 |
0-1, 6 |
-31500 |
Другие работы по теме:
Магнитоэлектрические преобразователи
Лабораторная работа «Магнитоэлектрические преобразователи» Цель: Исследовать магнитное поле постоянного магнита, используя датчик Холла. Общие понятия
Магнетизм 2
Содержание: Магнетизм. Первое упоминание о явлении магнетизма. Магнитное поле: графическое изображение, основные характеристики магнитного поля.
Эффект Холла 2
Министерство общего и специального образования Саратовский Государственный Технический Университет Лабораторная работа по физике: «Эффект Холла»
Эффект Холла
БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Курсовая на тему Эффект Холла Выполнила: Проверил: 2005 Содержание Общие сведения__________________________3
Магнітне поле рухомого заряду
Сутність і основні характерні властивості магнітного поля рухомого заряду. Тлумачення та дія сили Лоуренца в магнітному полі, характер руху заряджених частинок. Сутність і умови появи ефекту Холла. Явище електромагнітної індукції та його характеристики.
Магнитная индукция
Магнитная индукция В численно равна отношению силы, действующей на заряженную частицу со стороны магнитного поля, к произведению абсолютного значения заряда и скорости частицы, если направление скорости частицы таково, что эта сила максимальна.
Изучение эмоционального интеллекта детей и подростков на эмпирическом уровне
Проблема исследования. Большое количество ученых занимается проблемой эмоционального интеллекта. Они работают над развитием составляющих эмоционального интеллекта, как факторов, способствующих личностному и профессиональному росту личности. Но стоит отметить, что на данный момент существует мало работ, посвященных исследованию эмоционального интеллекта детей и подростков.
Условия патентоспособности изобретений
Под патентоспособностью понимают свойство решения, благодаря которому оно может быть признано изобретением в соответствии с патентным законодательством определенной страны. Оценка и требование промышленной применимости. Значение формулы изобретения.
Значение интегративной юриспруденции
Право как социальное явление и как часть социального опыта представляет столь важный элемент социального бытия, что в этом своем качестве оно выполняет не менее важные социальные функции, чем, скажем, устройство государства.
Литературный герой ГЕНРИХ VI
Генрих VI англ. Henri VI герой хроники У. Шекспира Генрих VI Исторический прототип. Генрих VI Ланкастер король. Англии с и Франции с Литературный источник. Хроники Холла и Холиншеда alignjustifyгенрих VI англ Henri VI герой хроники.
на тему
Квантовый эффект Холла (кэх) был открыт Клаусом фон Клитцингом (совместно с Г. Дордой и М. Пеппером) в 1980 году [1], за что впоследствии в 1985 году он получил Нобелевскую премию [2]
Содержание
Целью курса является ознакомление с основами робототехники и создание простого робота (кибернетического устройства), решающего задачу движения по полосе
Эффект Холла
Объяснение эффекта Холла с помощью электронной теории. Эффект Холла на инерционных электронах в полупроводниках. Датчик ЭДС Холла.
Датчики
Датчики информируют о состоянии внешней среды путем взаимодействия с ней и преобразования реакции на это взаимодействие в электрические сигналы.
Эффект Холла
Объяснение эффекта Холла с помощью электронной теории. Эффект Холла на инерционных электронах в полупроводниках. Датчик ЭДС Холла.
Чувствительные элементы или датчики 2
Text Text Для увеличения чувствительности и уменьшения влияния посторонних факторов такой датчик обычно выполняют дифференциальным (рис 67, а), т. е. он содержит две неподвижные и одну подвижную пластины. При перемещении подвижной пластины изменяются емкости и между подвижной и неподвижными пластинами.
Фотоэлектрические датчики
Фотоэлектрические датчики. Фотоэлектрические датчики используются во многих отраслях промышленности для обеспечения точного обнаружения объектов без физического контакта.
Обобщенная структура системы управления
Алгоритм функционирования управляющего устройства. Система управления как совокупность управляемого объекта и управляющего устройства, ее обобщенная структура. Понятие технологического объекта управления. Этапы циркуляции информации в процессе управления.
Герконовые датчики
Герконовые датчики состоят из герметизированных магнитоуправляемых контактов и представляют собой контактные ферромагнитные пружины, помещённые в герметичные стеклянные баллоны, заполненные инертным газом, азотом высокой чистоты или водородом.
Лаутенберг, Фрэнк
Фрэнк Лаутенберг (англ. Frank Raleigh Lautenberg, род. 23 января 1924(19240123), Патерсон, Нью-Джерси) — американский политик, сенатор США от штата Нью-Джерси. Член Демократической партии. Старейший на данный момент сенатор США и второй по возрасту конгрессмен после члена Палаты представителей Ральфа Холла (род. 1923).
Индепенденс-холл
Введение 1 История строительства 1.1 Колокол Свободы 2 Исторические события 2.1 Работа Второго Континентального конгресса и Декларация Независимости
Холл, Теодор
Теодор А. Холл англ. Theodore А. Hall; 20 октября 1925,Фар Рокэвей (англ. Far Rockaway, Queens), США — 1 ноября 1999, Кембридж, Англия) — физик-вундеркинд, участник Манхэттенского проекта. Передавал секреты в СССР, был разоблачён, но не судим, а только уволен. Занимался наукой в США и Англии, внёс ценный вклад в методы исследования биологических объектов.
Дело об убийстве Холла Миллз
Элинор Рейнхардт Миллз (1888—1922) — любовница Эдварда Холла, одна из жертв убийства. Де́ло об уби́йстве Хо́лла — Миллз (англ. Hall–Mills murder case) — следствие и суд по делу об убийстве 14 сентября 1922 года священника епископальной церкви города Нью-Брансуик (англ.)русск. (округ Мидлсекс, Нью-Джерси, США) Эдварда Уилера Холла (англ.
Петров Николай Арнольдович
Николай Петров по праву занимает место в ряду феноменальных пианистов своего поколения. Впервые он заявил о себе в 1962 г., завоевав Серебряную медаль на Первом международном конкурсе им.Вана Клиберна в США.
Электрическая пожарная сигнализация
Система электрической пожарной сигнализации (ЭПС) включает извещатели (датчики), линии связи, приемную станцию, звуковые и световые сигнализаторы.
Индукционные датчики
Среди многообразия бесконтактных датчиков, по неприхотливости к внешним условиям, простоте изготовления и долговечности наиболее привлекательны индукционные (или генераторные) датчики.