Hall Effect

Lucrați pentru a muta un conductor și un circuit cu curent într-un câmp magnetic.

Dacă placa conductivă cu curentul I este plasată într-un câmp magnetic omogen, transversal (), atunci se produce o diferență de potențial (diferența Hall a potențialelor) între fețele paralele cu direcția curentă și inducția magnetică. Acest fenomen, descoperit în 1879. Omul de știință american E. Hall este numit efect Hall.

Efectul Hall este fenomenul apariției unei diferențe de potențial între fețele unei plăci conductoare cu un curent plasat într-un câmp magnetic.

Sa stabilit experimental că diferența de potențial U este proporțională cu curentul I al inducției magnetice B și invers proporțional cu lățimea d a plăcii

Luăm formula pentru diferența de potențial Hall. Pentru simplitate, presupunem că toți purtătorii actuali ai conductorului se mișcă cu o viteză medie. Purtătorii pozitivi sunt acționați de forța Lorentz, care este egală în mărime și provoacă o deformare a purtătorilor pe fața superioară a plăcii. Sub acțiunea acestei forțe, se va acumula o încărcătură pozitivă pe fața superioară și o încărcare negativă pe fața inferioară. Între aceste fețe va exista un câmp electric cu intensitate tot mai mare E. care împiedică o astfel de mișcare de particule. La o anumită valoare a forței E, forța care acționează asupra încărcărilor de pe partea câmpului electric este egală cu forța Lorentz

și este stabilit un câmp electric staționar.

Diferența de potențial U este legată de intensitatea câmpului E a relației cunoscute

Din formulele (2) și (3) obținem

Viteza medie este determinată de formula binecunoscută a teoriei clasice a conductivității electrice pentru densitatea curentului

sau, exprimând densitatea curentului prin curentul I și zona secțiunii transversale a plăcii,

Substituind formula (5) în formula (4) obținem formula necesară pentru diferența de potențial Hall

Comparând formulele (6) și (1), obținem formula pentru constanta Hall

După determinarea experimentală a semnului și a valorii constantei Hall, este posibil să se stabilească valoarea concentrației purtătorului în material și semnul său. Această metodă este utilizată pentru a determina tipul de conductivitate a semiconductorilor.

M
agitrohidrodinamic generator (generator MHD) este un dispozitiv destinat pentru conversia directă a energiei interne în energie electrică. Principiul generatorului MHD este următorul. Gazul puternic ionizat (plasmă), format ca urmare a arderii combustibilului, este trecut printr-un câmp magnetic transversal. Sub acțiunea forței Lorentz, spre deosebire de încărcăturile care se acumulează pe electrozii A și K. Când electrozii sunt conectați la RH de sarcină, un curent electric va curge în el. În acest caz, activitatea curentului electric se realizează prin reducerea energiei cinetice a jetului de plasmă.

Contur cu curent într-un câmp magnetic

P
Luați în considerare un circuit rigid dreptunghiular cu curentul I plasat într-un câmp magnetic omogen cu inducția B (Figura a). Puterea lui Ampere acționează pe fiecare parte a a și b al cadrului. Forțe Fb. acționând asupra părților b. Ele sunt direcționate în direcții opuse și contrabalansează reciproc, încercând doar să întindă cadrul. Părțile a sunt perpendiculare la inducția magnetică, iar forțele care acționează asupra acestora sunt determinate de formula

pentru că Pe laturile cadrului există o pereche de forțe Fa. atunci va apărea un cuplu, sub care se va roti cadrul.

Acum folosim formula pentru cuplul care acționează asupra cadrului. Pentru a face acest lucru, luați în considerare vederea de sus (Figura b). Acest cuplu este determinat de formula cunoscută

Substituirea formulei (8) în formula (9) pentru momentul obținut

Produsul laturilor a și b al cadrului dă suprafața sa, iar produsul curentului I din cadru și zona delimitată de acesta este egală cu momentul magnetic. Luând în considerare ultimele formule, obținem formula pentru cuplu

Vectorul pm al momentului magnetic este direcționat de-a lungul n normală la suprafața cadrului și direcția vectorului de cuplu coincide cu direcția vectorului. Prin urmare, formula (11) poate fi reprezentată în formă vectorică

Rezultă din formula (11) că într-un câmp magnetic cadrul actual se va roti astfel încât planul său să fie perpendicular pe vectorul inducției magnetice.

Am examinat cadrul într-un câmp magnetic uniform. În cazul unui câmp neomogen, liniile inducției magnetice nu sunt paralele și constituie un unghi cu planul cadrului. Prin urmare, forța F. care acționează asupra cadrului, va face un anumit unghi cu acest plan. Componentele paralele Fsahentru ale acestei forțe vor crea doar o forță de tracțiune. În același timp, componentele perpendiculare ale lui F vor face cadrul să meargă înainte. Cu direcția momentului magnetic pm indicat în figură, cadrul va fi tras în regiunea câmpului cu o inducție magnetică mai mare. Dacă direcția curentului din cadru este inversată, acesta va fi scos din câmp. În general, cadrul va fi de asemenea afectat de cuplu. Acțiunea câmpului magnetic pe cadrul curent este utilizată pe scară largă în diverse instrumente electrice de măsură.

Circuitul magnetic. Teorema lui Ostrogradskii-Gauss pentru un câmp magnetic.

Luați în considerare un câmp magnetic omogen cu inducția B. Am plasat în acest câmp o suprafață plană a zonei S. Orientarea zonei în spațiu este dată de vectorul unic (normal) perpendicular pe planul zonei.

Fluxul unui vector al unui câmp omogen printr-o zonă plană S se numește o cantitate fizică scalară. egală cu produsul modulului vectorului, al zonei S și al Cosa

unde α este unghiul dintre vectorul magnetic de inducție al câmpului și cel normal față de suprafață.

Fluxul vectorului prin tampon este numeric egal cu numărul de linii de forță care traversează această zonă.

Unitatea de măsură a fluxului magnetic este 1B (Weber), 1Bb = 1Tl ∙ 1m2.

În cazul unui câmp neomogen și al unei suprafețe de formă arbitrară, elementul dS al unei suprafețe de mici dimensiuni este ales astfel încât să poată fi considerat plat și câmpul din vecinătatea acestuia este omogen. Apoi, debitul prin acest element dS (debitul elementar) este egal cu

iar fluxul total prin suprafața S se calculează prin integrarea expresiei (3) pe întreaga suprafață

Se poate observa din formula (1) că valoarea fluxului poate fi fie pozitivă (pentru α 0), fie negativă (pentru α> 90 0).

Când se calculează fluxul prin orice suprafață închisă, direcția normală este de obicei luată spre exterior. Apoi liniile de forță care ies din volumul delimitat de această suprafață creează un flux pozitiv, iar cele care intră în volum creează un flux negativ.

Curgerea prin suprafața închisă se calculează prin formula

Deoarece liniile de forță ale câmpului magnetic sunt închise. apoi fiecare linie va intra într-un volum închis și va ieși din ea. În primul caz, fluxul va fi negativ, iar în al doilea caz - pozitiv. Ca urmare, curgerea prin suprafața închisă va fi zero. Teorema lui Ostrogradsky-Gauss pentru un câmp magnetic spune că

fluxul vectorului magnetic de inducție (fluxul magnetic) prin orice suprafață închisă este zero.

Formula matematică a teoremei are următoarea formă

Lucrați pentru a muta un conductor și un circuit cu curent într-un câmp magnetic.

Luați în considerare un circuit electric compus din doi conductori fixi conectați la o sursă EDS. și pe care podul alunecător AC este suprapus. În absența unui câmp magnetic, energia sursei va fi folosită pentru menținerea curentului electric în circuit și încălzirea conductorilor. Atunci când câmpul magnetic este pornit, puntea culisantă AC va fi deplasată sub acțiunea forței generată de amperi. Asta este, puterea lui Ampere va face munca. Pe o deplasare elementară dx această lucrare este determinată de formula

Se poate vedea din figura că produsul lungimii l a conductorului prin deplasarea dx este egal cu aria dS a suprafeței delimitată de conductor în timp ce se mișcă. Prin urmare, produsul este egal cu fluxul magnetic prin această suprafață. Luând în considerare acest lucru, obținem o formulă pentru lucrarea elementară privind deplasarea unui conductor cu un curent într-un câmp magnetic

Integrând expresia (8), obținem o formulă pentru lucrul la o anumită deplasare finită

lucrați pentru a deplasa un conductor cu un curent într-un câmp magnetic egal cu produsul curentului din conductor și fluxul magnetic prin suprafața delimitată de conductor în timp ce se mișcă.

Întrebări pentru auto-examinare:

Care este efectul Hall?

Ce determină semnul diferenței dintre potențialele Hall? În cazul în care se poate utiliza în practică efectul Hall?

Care este fluxul magnetic și în ce unități se măsoară?

Cum se formulează teorema Ostrogradsky-Gauss pentru un câmp magnetic? De ce este fluxul magnetic prin orice suprafață închisă egală cu zero?

Derulați formula de lucru pentru deplasarea unui conductor cu curent într-un câmp magnetic.

Arta similara:

Efectul Hall într-un semiconductor de tip germaniu de tip n

Lucrări practice >> Comunicare și comunicare

cu o inducție magnetică constantă și un grafic. Echipament: un modul pentru studierea efectului Hall. Efectul Ge. pe modul. Măsurați câmpul magnetic cu o sondă Hall. (Asigurați-vă că fluxul magnetic este măsurat direct pe.

Efectul Hall (4)

Curs de lucru >> Fizica

1. Informații generale. Efectul Hall este aspectul într-un conductor cu un curent de densitate j, plasat într-un câmp magnetic H, al unui câmp electric.

Studiul efectului unei săli în semiconductori

Lucrări de laborator >> Fizică

așa-numitul efect Hall. Aceasta constă în apariția unui electromotive într-un conductor cu un curent plasat într-un câmp magnetic. curentul este un flux direcționat de particule încărcate - purtători (electroni.

Elemente electromecanice și magnetice ale sistemelor de automatizare

Carte >> Comunicare și comunicare

rezistența electrică, fluxul magnetic Φ în circuitul magnetic - ca raport al MDS la rezistența magnetică, numit. 14 SENZORI DE SALA ȘI RESISTANCE MAGNETICĂ § 14.1. Baza fizică a efectului Hall și a efectului magnetorezistenței. Efectul Hall este.

Efectul magnetoimpedanței

Curs de lucru >> Fizica

Baza teoretică a impedanței magnetice Efectul impedanței magnetice Fenomenul impedanței magnetice a fost. fluctuațiile minime ale temperaturii fluxului de aer. furnizați încălzitor electric și. se face folosind un senzor Hall. Și, de asemenea, au acceptat următoarele.

Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare