Hall-effektus

A Hall-effektus Edwin Hall által 1879-ben felfedezett jelenség, mely szerint, ha egy vezetőben vagy félvezetőben áram folyik, és azt mágneses térbe helyezzük, akkor az áramot hordozó részecskékre (fémeknél elektron) Lorentz-erő hat, ami azzal jár, hogy a vezető két oldalán potenciálkülönbség lesz. Ezt a feszültséget Hall-feszültségnek nevezik.

A Hall-effektus különböző áram- és mágnesestér-irányok esetén. Jelölések: 1. elektronok, 2. a vezető (Hall-érzékelő), 3. mágnesek, 4. mágneses tér, 5. feszültségforrás. Amerre az elektronok kitérülnek, arra lesz negatívabb a vezető. (Az ábra az elektronok mozgásirányát tünteti fel, amely az áram irányával ellentétes)

A Hall-feszültség éppen akkora, hogy a töltéshordozókra ható Lorentz-erőt semlegesítse: ${\displaystyle U_{H}=-{\frac {I\,B}{q\,n\,d}}}$

• U_H Hall-feszültség
• I áramerősség
• B mágneses indukció erőssége
• q elemi töltés
• n a töltéshordozók koncentrációja
• d a vezető B-vel párhuzamos vastagsága

Az Ohm-törvénnyel összhangban definiálhatjuk a Hall-állandót: ${\displaystyle R_{H}=-{\frac {1}{q\cdot n}}}$.

Ez esetben az előző képlet a következő alakot ölti:

${\displaystyle U_{H}=R_{H}{\frac {I\,B}{d}}}$

Ha figyelembe vesszük a töltéshordozók kölcsönhatását a kristályrácsot képező atomokkal, a Hall-állandó módosulni fog (és így sokkal jobban egyezik a mért értékekkel)

${\displaystyle R_{H}=-{\frac {3\pi }{8}}{\frac {1}{q\cdot n}}}$

Alaptípusok

Alkatrészként háromféle működési módú eszközzel találkozhatunk leggyakrabban:

• lineáris (a mágneses térerő függvényében a kimenő feszültség változik)
• logikai jel kimenetű

  unipoláris (ennél a megfelelő erősségű mágnes közelsége bekapcsolt állapotban tartja a kimenetet)

  bipoláris (ezek a déli mágnespólus közelségére bekapcsolnak, az északi pólus hatására pedig kikapcsolnak)

  omnipoláris (közelítéskor a megfelelő erősségű mágnes irányától függetlenül bekapcsol)

Alkalmazásai

• Kis méretű magnetométerek detektoraiban, analóg számítógépek alkatrészeiben használják fel a Hall-eszközöket.
• A Hall-jeladót gépkocsik gyújtóberendezéseinek vezérléséhez is felhasználják. Általában a gépkocsikban mint jeladót használják, többnyire fordulatszámmal összefüggő jelek előállítására. Jelerősítővel egybeépítve egy egységet képez mint „Hall-jeladó.”
• Kontaktus nélküli (pergésmentes) kapcsolókban (régebbi számítógép billentyűzetek)
• Számítógépekben és egyéb kényes elektronikai berendezésekben használt, kefe nélküli egyenáramú motorral működő ventilátorokban
• Kiválóan alkalmas érintkezésmentes egyenáramú és váltakozóáramú árammérésre is (pl. különleges lakatfogós árammérők).

Források

• https://fizipedia.bme.hu/index.php/Hall-effektus
• http://www.kislexikon.hu/hall-effektus.html

Kapcsolódó szócikkek

• Nernst-effektus