рисунок): при прохождении через магнитное поле индуцируется электрический ток в датчике, который превращается в сигнал на выходе.
В 1879 году американский ученый Эдвин Герберт Холл открыл эффект Холла (см. рисунок): при прохождении через магнитное поле индуцируется электрический ток в датчике, который превращается в выходной сигнал.
Если пропустить ток через пластинку и направить перпендикулярно направлению пластинки магнитное поле, то в поперечном направлении и направлению магнитного поля появится напряжение: Uh = (RhHlsinw)/d, где Rh – коэффициент Холла, зависящий от материала проводника; H – напряженность магнитного поля; l – ток в проводнике; w – угол между направлением тока и вектором индукции магнитного поля (если w = 90°, sinw = 1); d – толщина материала.
Они просты в установке и использовании, что делает их очень популярными среди профессиональных электриков.
Имея широкое применение, датчики Холла просты и прибыльны для электриков. Их выходной эффект определяется произведением двух величин (Н и I), а установка и использование предоставляют удобство и доступность.
| Материал | Коэффициент Холла, S |
|---|---|
| Алюминий | 0,43 |
| Медь | 0,65 |
| Бронза | 0,75 |
| Чугун | 0,9 |
В таблице приведены коэффициенты Холла для разных металлов и сплавов:
| Материал | Коэффициент Холла, S |
|---|---|
| Алюминий | 0,43 |
| Медь | 0,65 |
| Бронза | 0,75 |
| Чугун | 0,9 |
Для алюминия, меди, бронзы и чугуна представлены коэффициенты Холла S.
Для определения производительности электрических машин используется выражение Rh = T / В. Таким образом, коэффициент Холла, измеряемый в м3 /Кл, рассчитывается делением температуры на магнитный поток.
Для получения производительности электрических машин используется выражение Rh = T / В. Это значит, что коэффициент Холла, отображаемый в единицах м3 /Кл, вычисляется путем деления температуры на магнитный поток.
Только после выхода на российский рынок аналоги переключателей вызвали интерес среди профессиональных электриков.
В 70-х годах за рубежом были широко использованы бесконтактные переключатели на основе эффекта Холла. Однако лишь когда они появились на российском рынке, профессиональные электрики проявили интерес к аналогам этих переключателей.
Если Вам нужно надежное и долговечное решение для переключения электрических цепей, то этот переключатель подойдет идеально. Он отличается малыми габаритами и способен выдерживать высокие нагрузки. Однако стоит иметь в виду, что он потребляет энергию постоянно и имеет достаточно высокую цену.
Он имеет токовый регулятор, который работает на основе щелевого эффекта. Это значит, что при применении напряжения к датчику, через него протекает ток. Ток зависит от напряжения, напряжение же зависит от наличия искажений внутри датчика.
Принцип действия генератора Холла
Датчик Холла имеет щелевую структуру. Он используется с токовым регулятором, основанным на принципе щелевого эффекта. Это означает, что при подаче напряжения на датчик протекает ток. Значение тока зависит от напряжения, а напряжение от наличия искажений внутри датчика.
Между двумя сторонами щели расположен полупроводник, по которому при включенном зажигании протекает электрический ток, а с другой стороны находится постоянный магнит. Эта сила используется для преобразования энергии между движущимися электронами и магнитным полем.
Движущиеся электроны под влиянием силы магнитного поля преобразуют энергию между собой и полем. Это работает как механизм, позволяющий использовать эту бесценную энергию для получения полезных результатов.
Вектор силы перпендикулярен как магнитной, так и электрической составляющим поля в направлении.
При внесении в магнитное поле с индукцией В полупроводниковую пластинку, как, например, из арсенида индия или антимонида индия, и прохождении через нее электрического тока, по боковым сторонам, перпендикулярно направлению потока, образуется разность потенциалов. За счет пропорциональности напряжения Холла и тока, а также магнитной индукции, между пластинкой и магнитом в зазоре датчика холла формируются электрические силы. Эти силы прямо пропорциональны величине магнитной индукции и тока.
Это может приводить к появлению пары ионов в вакууме.
Когда в зазоре нет экрана, то магнитное поле действует на пластинку полупроводника, из-за чего формируется разность потенциалов. Это может привести к появлению пары ионов в вакууме.
Если на месте зазора находится экран, то магнитные силовые линии не могут проходить через него, поэтому разность потенциалов на пластинке не возникает. При подключении к устройству преобразуется импульсное напряжение в электрический сигнал.
Интегральная микросхема превращает разницу потенциалов, возникающую на пластинке, в отрицательные импульсы напряжения определенной величины на выходе датчика. При подключении к устройству это импульсное напряжение превращается в электрический сигнал.
Когда экран находится в зазоре датчика, то на его выходе будет появляться напряжение. Однако, если зазор экрана не присутствует, то напряжение на выходе датчика будет близкое к нулю. Он обнаружил, что при температуре выше нуля электроны проходят через барьер и перемещаются из одной зоны в другую без потери энергии.
Принцип действия генератора Холла
Эффект Холла используется в технике в широком диапазоне. Немецкий физик Клаус фон Клитцунг, исследуя работу эффекта Холла при низких температурах в 1980 году, открыл, что при температуре выше нуля электроны могут перемещаться без потери энергии через барьер между зонами.
В пластинке полупроводника Клитцунга электрик заметил изменение магнитного поля, влияющее на напряженность сопротивления Холла. Это изменение происходило не плавно, а в виде скачков.
Размер скачка зависел не от свойств материала, а от комбинации фундаментальных физических констант, деленных на постоянное число.
После исследования природы эффекта Холла стало ясно, что правила квантовой механики приводят к изменению его характера. Интегральный квантовый эффект Холла – это явление, при котором несколько электронов привязываются к одному атому и движутся вокруг него. Таким образом, они образуют замкнутый цикл и при этом приносят интересные свойства для материалов. Интегральный квантовый эффект Холла – это физическое явление, при котором электроны привязываются к одному атому и движутся вокруг него по замкнутому циклу. В результате, происходят интересные изменения в свойствах материала.
За заслуги в открытии фона Клитцунга, профессор Рудольф Клитцунг был одобрен Нобелевской премией по физике в 1985 году.
Два года после открытия фон Клитцунга в лаборатории Bell Telephone, где был открыт транзистор, Стормер и Тсуи исследовали квантовый эффект Холла, используя чистый образец арсенида галлия большого размера, изготовленный в этой же лаборатории.
Образец был такой чистый, что электроны не сталкивались с никакими препятствиями, проходя по нему с начала и до конца.
В эксперименте Стормера и Тсуи температура была гораздо ниже (приблизительно абсолютный нуль) и магнитное поле было на миллион раз больше, чем магнитное поле Земли, что было на порядок выше, чем в эксперименте фон Клитцунга.
В процессе исследования, Стормер и Тсуи обнаружили удивительный скачок в сопротивлении Холла, которое было в три раза больше, чем у фон Клитцунга. Далее они открыли еще более значительные скорости изменения за счёт нецелых постоянных.
Физики рассматривают заряд электрона как неделимую величину.
В результате этого эксперимента было доказано, что частицы имеют дробные заряды.
В рамках эксперимента было предложено исследовать дробные заряды материальных частиц. Эффект, наблюдаемый в результате этого эксперимента, был назван дробным квантовым эффектом Холла. Через год последующему после открытия данного эффекта коллеги из Ла-флин дали теоретическое объяснение наблюдаемого процесса. Этот эксперимент свидетельствовал о том, что частицы имеют дробные заряды.
Он отметил, что сочетание особо низких температур и очень мощного магнитного поля приводит к тому, что электроны начинают сформировать несжимаемую квантовую жидкость.
На рисунке, созданном с помощью компьютерной графики, мы можем видеть поток электронов (шары) проходящих через плоскость.
Неравномерность площади отражает распределение заряда одного из электриков под воздействием магнитного поля и заряда других электриков. Они показали, что такие дробные заряды приводят к формированию электронных систем, которые имеют определенные свойства.
Добавление электронов к квантовой жидкости приводит к сформированию некоторого количества квазичастиц с дробным зарядом, как показано на рисунке с набором стрелок у каждого электрона. В 1998 г. Хорст Стормер, Даниэль Тсуи и Роберт Лафлин были награждены Нобелевской премией по физике за то, что они доказали, что такие дробные заряды вызывают появление электронных систем, характеризующихся определенными свойствами.
Этот трое ведет исследования по электротехнике.
В настоящее время Х. Стормер – профессор физики Колумбийского университета, Д. Тсуи – профессор Принстонского университета, Р. Лафлин – профессор Стенфордского университета ведут исследования в области электротехники.
Исследуя эффект Холла и датчики, основанные на нём, можно увидеть зависимость разных параметров от температуры. Ниже приведены результаты измерений для некоторых металлов:
| 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
|