Electromagnetic force

Magnetic force

Magnetic field concepts

22.6: Эффект Холла — Physics LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• OpenStax
• OpenStax

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Описывать эффект Холла.
• Рассчитайте ЭДС Холла на проводнике с током.

Мы видели влияние магнитного поля на свободно движущиеся заряды. Магнитное поле также влияет на заряды, движущиеся в проводнике. Одним из результатов является эффект Холла, который имеет важные последствия и приложения.

На рисунке \(\PageIndex{1}\) показано, что происходит с зарядами, движущимися по проводнику в магнитном поле. Поле перпендикулярно скорости дрейфа электронов и ширине проводника. Обратите внимание, что условный ток находится справа в обеих частях рисунка. В части (а) электроны переносят ток и движутся влево. В части (b) положительные заряды переносят ток и движутся вправо. Движущиеся электроны испытывают магнитную силу по направлению к одной стороне проводника, оставляя чистый положительный заряд на другой стороне. Это разделение заряда создает напряжение \(\varepsilon\), известное как ЭДС Холла , на проводнике. Создание напряжения на проводнике с током магнитным полем известно как эффект Холла в честь Эдвина Холла, американского физика, открывшего его в 1879 году.

Одним из очень важных применений эффекта Холла является определение того, переносят ли положительные или отрицательные заряды ток. Обратите внимание, что на рисунке 1b, где положительные заряды переносят ток, ЭДС Холла имеет знак, противоположный тому, когда отрицательные заряды переносят ток. Исторически эффект Холла использовался, чтобы показать, что электроны переносят ток в металлах, а также показывает, что положительные заряды переносят ток в некоторых полупроводниках. Эффект Холла используется сегодня в качестве инструмента исследования для изучения движения зарядов, их скоростей дрейфа и плотности и т. д. в материалах. В 1980 было обнаружено, что эффект Холла квантуется, что является примером квантового поведения в макроскопическом объекте.

Эффект Холла имеет и другие применения, от определения скорости кровотока до точного измерения напряженности магнитного поля. Чтобы исследовать их количественно, нам нужно выражение для ЭДС Холла \(\varepsilon\) на проводнике. Рассмотрим баланс сил на движущийся заряд в ситуации, когда \(B\), \(v\) и \(l\) взаимно перпендикулярны, как показано на рисунке \(\PageIndex{2}\). Хотя магнитная сила перемещает отрицательные заряды в одну сторону, они не могут накапливаться без ограничений. Электрическое поле, вызванное их разделением, противодействует магнитной силе, \(F = qvB\), и электрическая сила, \(F_{e} = qE\), в конце концов возрастает, чтобы сравняться с ней. то есть

\[qE = qvB \номер\]

или

\[Е = vB. \номер\]

Обратите внимание, что электрическое поле \(E\) однородно поперек проводника, потому что магнитное поле \(B\) однородно, как и проводник. Для однородного электрического поля соотношение между электрическим полем и напряжением равно \(E = \varepsilon / l), где \(l\) — ширина проводника, а \(\varepsilon\) — ЭДС Холла. Ввод этого в последнее выражение дает

\[\frac{\varepsilon}{l} = vB.\nonnumber\]

Решение этой задачи для ЭДС Холла дает

\[\varepsilon = Blv \label{22.7.4}\]

, если \(B\), \(v\) и \(l\) взаимно перпендикулярны.

где \(\varepsilon\) — напряжение эффекта Холла на проводнике шириной \(l\), по которому движутся заряды со скоростью \(v\).

Одним из наиболее распространенных применений эффекта Холла является измерение напряженности магнитного поля \(B\). Такие устройства, называемые датчиками Холла , можно сделать очень маленькими, что позволяет точно отображать положение. Датчики Холла также можно сделать очень точными, что обычно достигается путем тщательной калибровки. Еще одним применением эффекта Холла является измерение расхода любой жидкости, имеющей свободные заряды (большинство из них так и делают) (рис. \(\PageIndex{3}\)). Магнитное поле, приложенное перпендикулярно направлению потока, создает ЭДС Холла \(\varepsilon\), как показано. Заметим, что знак \(\varepsilon\) зависит не от знака зарядов, а только от направлений \(B\) и \(v\). Величина ЭДС Холла равна \(\varepsilon = Blv\), где \(l\) — диаметр трубы, так что среднюю скорость \(v\) можно определить по \(\varepsilon\), обеспечивающему другие факторы известны.

Пример \(\PageIndex{1}\): Расчет ЭДС Холла — эффекта Холла для кровотока что на рисунке \(\PageIndex{3}\). Чему равна ЭДС Холла, если внутренний диаметр сосуда 4,00 мм, а средняя скорость кровотока 20,0 см/с? 9{-3} м\вправо) \влево(0,200 м/с\вправо) \\[5pt] &= 80.0 \мкВ \end{align*}\]

Обсуждение:

Это среднее напряжение выход. Мгновенное напряжение изменяется при пульсирующем токе крови. Напряжение в этом типе измерения мало. \(\varepsilon\) особенно трудно измерить, потому что существуют напряжения, связанные с работой сердца (напряжения ЭКГ), которые составляют порядка милливольт. На практике эта трудность преодолевается приложением переменного магнитного поля, так что ЭДС Холла является переменным с той же частотой. Усилитель может быть очень избирательным, выбирая только подходящую частоту, исключая сигналы и шумы на других частотах.

Резюме

• Эффект Холла — это создание напряжения \(\varepsilon\), известного как ЭДС Холла, на проводнике с током магнитным полем.
• ЭДС Холла определяется выражением \[\varepsilon = Blv\nonumber\], где \(B\), \(v\) и \(l\) взаимно перпендикулярны для проводника шириной \(l\) через заряды которого движутся со скоростью \(v\).

Глоссарий

Эффект Холла

создание напряжения на проводнике с током магнитным полем

ЭДС Холла

электродвижущая сила, создаваемая проводником с током магнитным полем, \(ε=Blv\)

Эта страница под названием 22.6: Эффект Холла распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или страница

   Автор

   ОпенСтакс

   Лицензия

   СС BY

   Версия лицензии

   4,0

   Программа OER или Publisher

   ОпенСтакс

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. Эффект Холла
   2. ЭДС Холла

Эффект Холла | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Описывать эффект Холла.
• Рассчитайте ЭДС Холла на проводнике с током.

Мы видели влияние магнитного поля на свободно движущиеся заряды. Магнитное поле также влияет на заряды, движущиеся в проводнике. Одним из результатов является эффект Холла, который имеет важные последствия и приложения. На рис. 1 показано, что происходит с зарядами, движущимися по проводнику в магнитном поле. Поле перпендикулярно скорости дрейфа электронов и ширине проводника. Обратите внимание, что условный ток находится справа в обеих частях рисунка. В части (а) электроны переносят ток и движутся влево. В части (b) положительные заряды переносят ток и движутся вправо. Движущиеся электроны испытывают магнитную силу по направлению к одной стороне проводника, оставляя чистый положительный заряд на другой стороне. Это разделение заряда создает напряжение ε , известное как ЭДС Холла , на проводнике. Создание напряжения на проводнике с током под действием магнитного поля известно как эффект Холла в честь Эдвина Холла, американского физика, открывшего его в 1879 году.

Рис. 1. Эффект Холла. (а) В этом плоском проводнике электроны движутся влево (условный ток вправо). Магнитное поле находится прямо за пределами страницы и представлено точками в кружках; он действует на движущиеся заряды с силой, вызывая напряжение ε , ЭДС Холла, поперек проводника. (б) Положительные заряды, движущиеся вправо (обычный ток также вправо), смещаются в сторону, создавая ЭДС Холла противоположного знака, –ε . Таким образом, зная направление поля и тока, можно определить знак носителей заряда по эффекту Холла.

Одним из очень важных применений эффекта Холла является определение того, какие положительные или отрицательные заряды переносят ток. Обратите внимание, что на рисунке 1 (b), где положительные заряды переносят ток, ЭДС Холла имеет знак, противоположный тому, когда отрицательные заряды переносят ток. Исторически эффект Холла использовался, чтобы показать, что электроны переносят ток в металлах, а также показывает, что положительные заряды переносят ток в некоторых полупроводниках. Эффект Холла используется сегодня в качестве инструмента исследования для изучения движения зарядов, их скоростей дрейфа и плотности и т. д. в материалах. В 1980 было обнаружено, что эффект Холла квантуется, что является примером квантового поведения в макроскопическом объекте.

Эффект Холла можно использовать и в других областях: от определения скорости кровотока до точного измерения напряженности магнитного поля. Чтобы исследовать их количественно, нам нужно выражение для ЭДС Холла ε на проводнике. Рассмотрим баланс сил на движущийся заряд в ситуации, когда B , v и l взаимно перпендикулярны, как показано на рис. 2. Хотя магнитная сила сдвигает отрицательные заряды в одну сторону, они не могут строить вверх без ограничений. Электрическое поле, вызванное их разделением, противодействует магнитной силе, F = qvB , а электрическая сила, F _e = qE , со временем вырастает до такой же величины. То есть

qE = qvB

или

E = vB.

Обратите внимание, что электрическое поле E однородно по проводнику, потому что магнитное поле B однородно, как и проводник. Для однородного электрического поля соотношение между электрическим полем и напряжением составляет E  =  ε / l , где l — ширина проводника, а ε — ЭДС Холла. Ввод этого в последнее выражение дает

[латекс]\фракция{\эпсилон}{л}=vB[/латекс].

Решая это для ЭДС Холла, получаем через которые заряды движутся со скоростью против .

Рис. 2. ЭДС Холла ε создает электрическую силу, которая уравновешивает магнитную силу, действующую на движущиеся заряды. Магнитная сила вызывает разделение зарядов, которое накапливается до тех пор, пока не уравновесится электрической силой, равновесие, которое достигается быстро.

Одним из наиболее распространенных применений эффекта Холла является измерение напряженности магнитного поля B . Такие устройства, называемые датчиками Холла , можно сделать очень маленькими, что позволяет точно отображать положение. Датчики Холла также можно сделать очень точными, что обычно достигается путем тщательной калибровки. Еще одним применением эффекта Холла является измерение расхода жидкости в любой жидкости, которая имеет свободные заряды (большинство из них). (См. рис. 3.) Магнитное поле, приложенное перпендикулярно направлению потока, создает ЭДС Холла ε , как показано. Заметим, что знак ε зависит не от знака зарядов, а только от направлений B и v . Величина ЭДС Холла равна , где l — диаметр трубы, так что среднюю скорость v можно определить из ε при условии, что известны другие факторы.

Рис. 3. Эффект Холла можно использовать для измерения расхода любой жидкости, имеющей свободные заряды, например крови. ЭДС Холла ε измеряется поперек трубы перпендикулярно приложенному магнитному полю и пропорциональна средней скорости против .

Пример 1. Расчет ЭДС Холла: эффект Холла для кровотока

Датчик потока на эффекте Холла помещают на артерию, приложив к ней магнитное поле 0,100 Тл, в установке, аналогичной показанной на рис. 3. Что такое ЭДС Холла при внутреннем диаметре сосуда 4,00 мм и средней скорости крови 20,0 см/с?

Поскольку B , v и l взаимно перпендикулярны, уравнение 9{-3}\text{ m}\right)\left(0.200\text{ м/с}\right)\\ & =& 80.0\text{ }\mu\text{V}\end{массив}\\ [/latex]

Это среднее выходное напряжение. Мгновенное напряжение изменяется при пульсирующем токе крови. Напряжение в этом типе измерения мало. ε особенно трудно измерить, потому что существуют напряжения, связанные с работой сердца (напряжения ЭКГ), которые имеют порядок милливольт. На практике эта трудность преодолевается приложением переменного магнитного поля, так что ЭДС Холла является переменным с той же частотой. Усилитель может быть очень избирательным, выбирая только подходящую частоту, исключая сигналы и шумы на других частотах.

Резюме раздела

• Эффект Холла — это создание напряжения  ε , известного как ЭДС Холла, на проводнике с током магнитным полем.
• ЭДС Холла определяется выражением

  ε = Blv (B, v и l взаимно перпендикулярны)

  для проводника шириной l , по которому движутся заряды со скоростью v .

Концептуальные вопросы

1. Обсудите, как можно использовать эффект Холла для получения информации о плотности свободного заряда в проводнике. (Подсказка: подумайте, как связаны скорость дрейфа и течение.)

Задачи и упражнения

1. Большой водопровод имеет диаметр 2,50 м и среднюю скорость воды 6,00 м/с. Найдите напряжение Холла, возникающее, если труба проходит перпендикулярно к полю Земли 5,00 × 10 ⁻⁵ -T.

2. Какое напряжение Холла создается полем 0,200 Тл, приложенным к аорте диаметром 2,60 см при скорости кровотока 60,0 см/с?

3. (a) Какова скорость сверхзвукового самолета с размахом крыла 17,0 м, если он испытывает напряжение Холла 1,60 В между законцовками крыла при горизонтальном полете над северным магнитным полюсом, где напряженность поля Земли равно 8,00 × 10 ^{− 5}  T? б) Объясните, почему из-за этого напряжения Холла протекает очень небольшой ток.

4. Немеханический водомер может использовать эффект Холла, прикладывая магнитное поле к металлической трубе и измеряя возникающее напряжение Холла. Какова средняя скорость жидкости в трубе диаметром 3,00 см, если поле 0,500 Тл поперек нее создает напряжение Холла 60,0 мВ?

5. Рассчитайте напряжение Холла, индуцируемое на сердце пациента во время сканирования на аппарате МРТ. Аппроксимируйте проводящую дорожку на стенке сердца проводом длиной 7,50 см, который движется со скоростью 10,0 см/с перпендикулярно магнитному полю силой 1,50 Тл.

6. Зонд Холла, откалиброванный для считывания 1,00 мкВ при помещении в поле 2,00 Тл, помещают в поле 0,150 Тл. Какое у него выходное напряжение?

7. Используя информацию из Примера 2: Расчет сопротивления: сопротивление горячей нити, каким будет напряжение Холла, если поле 2,00 Тл приложено к медному проводу 10-го калибра (диаметром 2,588 мм), несущему ток 20,0 А. Текущий?

8. Покажите, что напряжение Холла на проводах из одного материала, по которым текут одинаковые токи и в одном и том же магнитном поле, обратно пропорционально их диаметру. (Подсказка: учтите, как скорость дрейфа зависит от диаметра проволоки.)

9. Пациенту с кардиостимулятором ошибочно проводят сканирование для получения МРТ-изображения. Участок провода кардиостимулятора длиной 10,0 см движется со скоростью 10,0 см/с перпендикулярно магнитному полю аппарата МРТ, и индуцируется напряжение Холла 20,0 мВ. Какова напряженность магнитного поля?

Глоссарий

Эффект Холла:

создание напряжения на проводнике с током магнитным полем

ЭДС Холла:

электродвижущая сила, создаваемая проводником с током магнитным полем,  ε = Blv

Избранные решения задач и упражнений

1. 7,50 × 10 ⁻⁴ В

3. (a) 1,18 × 10 ³ м/с (b) После установления ЭДС Холла толкает заряды в одном направлении и магнитная сила действует в противоположном направлении, в результате чего на заряды не действует результирующая сила. Следовательно, ток не течет в направлении ЭДС Холла. Это то же самое, что и в проводнике с током — ток течет не в направлении ЭДС Холла.

5. 11,3 мВ

7. 1,16 мкВ

9. 2,00 Тл

Эффект Холла: объяснение — живая электроника

Скачать брошюру 9006

3 марта 2021

Автор: Chris Forsyth

Введение в эффект Холла

В этом блоге мы собираемся обсудить науку об эффекте Холла, как он работает, почему эффект важен, какие продукты используются для эффекта Холла в и какие преимущества.

Что такое эффект Холла?

Эффект Холла назван в честь американского физика Эдвина Х. Холла, который впервые представил миру эту теорию в 1879 году, когда он был докторантом в Университете Джона Хопкинса в Балтиморе. Холл обнаружил, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, помещается в перпендикулярное магнитное поле, напряжение может быть измерено под прямым углом к ​​​​пути тока, это измеряемое напряжение является эффектом Холла.

Как это работает?

Эффект Холла имеет место, когда вы устанавливаете ток, протекающий через проводник, который представляет собой материал, такой как медь или серебро, который позволяет электронам свободно течь по всей площади поверхности. Электроны начинают течь по прямой линии от одной стороны проводника к другой. Если бы вы затем ввели магнитное поле рядом с проводником, это нарушило бы поток электронов из-за приложенной силы. Это называется силой Лоренца, которая представляет собой силу, действующую на заряженную частицу из-за электрического и магнитного полей.

Северный полюс магнита притягивает отрицательные электроны к одной стороне проводника и отклоняет положительные электроны к другой стороне проводника. Если вы затем поместите тестер напряжения между двумя сторонами, вы получите показания напряжения, потому что между положительными и отрицательными электронами есть ток, извлекая это измеримое напряжение, вы применяете принцип эффекта Холла на практике. В полупроводнике, таком как кремний или германий, скорость дрейфа электронов намного выше из-за используемого материала. Это приводит к более сильному эффекту Холла, который соответствует обнаружению большего значения напряжения и, следовательно, получению более точного значения.

Изделия с эффектом Холла

Эффект Холла используется в нескольких различных продуктах, таких как датчики, джойстики и переключатели. Теперь мы обсудим различные продукты, чтобы понять, что они собой представляют, их преимущества и области применения. В Live Electronics мы работаем с несколькими производителями, которые производят продукты с эффектом Холла, мы также обсудим различных производителей и их продукты.

Датчики Холла

Датчик Холла — это устройство для измерения величины магнитного поля. Его выходное напряжение прямо пропорционально напряженности магнитного поля через него. Датчики Холла используются для датчиков приближения, позиционирования, определения скорости и измерения тока. Другие датчики включают индуктивный датчик, который представляет собой бесконтактный электронный датчик приближения. Он используется для позиционирования и обнаружения металлических объектов.

Live Electronics сотрудничает с ZF Electronics, которая производит датчики Холла, такие как датчики скорости и направления с зубьями серии SD74/SD84/SDB4, которые имеют две внутренние ячейки на эффекте Холла, вместе они могут использоваться для определения скорости и направление движения шестерни. При использовании двух ячеек магнитного поля на эффекте Холла, расположенных рядом с зубьями шестерни, которую необходимо измерить, движение зубца шестерни, проходящего через магниты, нарушает магнитное поле. Этот сбой улавливается датчиком, и выходной сигнал может использоваться для расчета скорости и направления движения шестерни. Серия SD74/SD84/SDB4 имеет несколько преимуществ, в том числе степень защиты IP67, устойчивость к вибрации, ударам и грязи для повышения функциональной безопасности. Идеальными областями применения являются системы автоматизации, конвейеры и ветряные турбины.

ZF Electronics также предлагает датчики линейного перемещения. Их серия LIN представляет собой бесконтактные датчики Холла с линейным выходным напряжением и длительным механическим сроком службы. Датчик имеет два независимых выхода с резервированием, чтобы предложить максимально надежный и точный датчик. Преимущества серии LIN включают степень защиты IP68, прочность и надежность. Серия LIN предназначена для многих приложений, таких как выбор передач, управление гидравликой и позиционирование рулевого колеса.

Джойстики на эффекте Холла

Джойстики на эффекте Холла — это устройства, в которых используются бесконтактные датчики для преобразования физического движения оператора в электрический сигнал, который может быть понят компьютерной системой. Джойстики на эффекте Холла чрезвычайно прочны и имеют очень долгий механический срок службы из-за отсутствия физического контакта с датчиком. Механический срок службы джойстиков на эффекте Холла может составлять от 1 миллиона циклов (также известных как срабатывания) до 15 миллионов циклов.

В настоящее время используется несколько типов джойстиков, один из них — джойстик с потенциометром. Джойстик потенциометра — это устройство, которое существует уже много лет и содержит несколько компонентов, которые увеличивают или уменьшают уровень сопротивления в электронной схеме. Потенциометрические джойстики по-прежнему обеспечивают отличную производительность, но с точки зрения долговечности эти джойстики могут быть подвержены проблемам с надежностью из-за износа движущихся частей и незначительной уязвимости к электромагнитным помехам или радиочастотным помехам. Как упоминалось ранее, джойстики на эффекте Холла имеют очень длительный механический срок службы из-за отсутствия физического контакта с датчиком, и они спроектированы таким образом, чтобы выдерживать чрезмерные удары или вибрацию, что дает им преимущество перед джойстиком с потенциометром.

Live Electronics работает с производителем джойстиков Ruffy Controls. У них большой портфель джойстиков, некоторые из них с эффектом Холла. Серия HE3 от Ruffy Controls представляет собой джойстик на эффекте Холла со встроенными резервными датчиками для обеспечения дополнительного уровня безопасности. Джойстики Ruffy Controls могут быть разработаны специально для удовлетворения потребностей клиентов, и серия HE3 не является исключением. Серия HE3 доступна с 2 или 3 осями, предлагает варианты кнопок на рукоятке джойстика, выбор ограничителей (квадратные, управляемые, круглые), требуемое выходное напряжение, и они доступны в различных цветах. К преимуществам серии HE3 относятся класс защиты IP67, чрезвычайно прочная конструкция, механический срок службы до 5 миллионов нажатий во всех направлениях и превосходная окупаемость. Джойстики серии HE3 идеально подходят для таких приложений, как промышленное оборудование, сельскохозяйственная техника, системы управления CCTV и системы автоматизации.

Переключатели на эффекте Холла

Переключатели на эффекте Холла — это устройства, которые включаются в присутствии магнитного поля и выключаются при удалении магнита. Они разработаны с бесконтактным считыванием для обеспечения максимальной прочности, надежности и механического срока службы.

Имеется несколько переключателей различных стилей, один из которых является кнопочным. Кнопочный переключатель требует нажатия вниз, чтобы активировать или деактивировать цепь. Они обеспечивают функцию включения-выключения, но доступны различные варианты. Их переключающее действие может быть постоянным (оставаясь в одном положении после приложения давления) или мгновенным (возвращение в исходное положение после снятия давления). Из-за того, что для работы электромеханических кнопок требуется физическое давление, они подвергаются сильному физическому износу, что приводит к сокращению механического срока службы примерно на 50 тысяч циклов. Физический контакт с переключателем на эффекте Холла в значительной степени снижается из-за того, что он имеет бесконтактное считывание, что обеспечивает гораздо более длительный механический срок службы, составляющий от 1 до 15 миллионов циклов.

Поворотные переключатели на эффекте Холла

Мы работаем с компанией Elma Electronics Ltd, которая производит серию X4, представляющую собой высокопроизводительные многоповоротные переключатели на эффекте Холла. Поворотный переключатель представляет собой переключатель, приводимый в действие вращением. Их часто выбирают, когда требуется более 2 позиций. Серия X4 от Elma — это чрезвычайно прочные и прочные переключатели с механическим сроком службы в 1 миллион оборотов. Он обеспечивает степень защиты IP67, а вал из нержавеющей стали делает коммутатор надежным и прочным. Серия X4 может использоваться во многих областях, например, в строительстве, управлении транспортировкой, станкостроении и строительстве заводов.

Преимущества эффекта Холла

Устройства на эффекте Холла имеют много преимуществ, они невосприимчивы к пыли, грязи и воде, а благодаря их работе без трения они имеют чрезвычайно длительный механический срок службы. Они надежны, прочны и могут выдерживать сильные вибрации и удары. Устройства на эффекте Холла могут работать на высокой скорости и в широком диапазоне температур.

Что такое эффект Холла?

Принцип эффекта Холла заключается в том, что когда ток проходит в одном направлении через проводник, и магнитная сила действует перпендикулярно этому, магнитное поле перемещает электронику внутри проводника, вызывая изменение напряжения. Затем вы можете измерить изменение напряжения, взяв показания напряжения под прямым углом к ​​​​пути тока, это измеряемое напряжение и есть эффект Холла.

Что такое датчик Холла?

Датчик Холла — это устройство, измеряющее величину магнитного поля. Его выходное напряжение прямо пропорционально напряженности магнитного поля через него.

Что такое джойстик на эффекте Холла?

Джойстики на эффекте Холла — это устройства, в которых используются бесконтактные датчики для преобразования физического движения оператора в электрический сигнал, который может быть понят компьютерной системой.

Что вызывает эффект Холла?

Эффект Холла — это движение электронов через проводник в направлении магнитного притяжения. Это вызывает измеримую разность напряжений на проводнике, так что одна сторона заряжена положительно, а другая отрицательно.

Для чего нужен датчик Холла?

Датчики на эффекте Холла используются для определения приближения, позиционирования, определения скорости и тока.

Насколько точны датчики Холла?

Датчики на эффекте Холла могут обеспечивать выходную погрешность до 1%.

Свяжитесь с нашим отделом продаж сегодня, чтобы обсудить ваши требования! Свяжитесь с нами

Источники

https://whatis.techtarget.com/definition/Hall-effect

https://electricalfundablog.com/hall-effect-principle-history-theory-explanation-mathematical-expressions-applications/#: ~:text=The%20Hall%20Effect%20Principle%20has,world%20by%20him%20in%201879

https://www. electronics-tutorials.ws/electromagnetism/hall-effect.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Hall-effect_sensor#:~:text=In%20a%20Hall% 2Deffect%20sensor,perpendicular%20to%20the%20feed%20current

https://p3america.com/blog/hall-effect-vs-potentiometer-joysticks/#:~:text=Hall%20effect%20joysticks%20have%20an , свяжитесь%20с%20сам%20датчик%20. эффект.html

https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/understanding-and-applying-the-hall-effect/#:~:text= относительно%20accuracy%2C%20currently%20available%20Hall,effect%20devices% 20являются%20особенно%20подходят.=как -edwin.pdf

Последнее из блога

22.6 Эффект Холла – Школа физики

Глава 22 Магнетизм

Резюме

• Опишите эффект Холла.
• Рассчитайте ЭДС Холла на проводнике с током.

Мы видели влияние магнитного поля на свободно движущиеся заряды. Магнитное поле также влияет на заряды, движущиеся в проводнике. Одним из результатов является эффект Холла, который имеет важные последствия и приложения.

На рис. 1 показано, что происходит с зарядами, движущимися по проводнику в магнитном поле. Поле перпендикулярно скорости дрейфа электронов и ширине проводника. Обратите внимание, что условный ток находится справа в обеих частях рисунка. В части (а) электроны переносят ток и движутся влево. В части (b) положительные заряды переносят ток и движутся вправо. Движущиеся электроны испытывают магнитную силу по направлению к одной стороне проводника, оставляя чистый положительный заряд на другой стороне. Это разделение заряда создает напряжение [latex]{\varepsilon}[/latex] , известное как ЭДС Холла, на проводнике. Создание напряжения на проводнике с током магнитным полем известно как эффект Холла в честь Эдвина Холла, американского физика, открывшего его в 1879 году.

Одним из очень важных применений эффекта Холла является определение того, переносят ли положительные или отрицательные заряды ток. Обратите внимание, что на рисунке 1 (b), где положительные заряды переносят ток, ЭДС Холла имеет знак, противоположный тому, когда отрицательные заряды переносят ток. Исторически эффект Холла использовался, чтобы показать, что электроны переносят ток в металлах, а также показывает, что положительные заряды переносят ток в некоторых полупроводниках. Эффект Холла используется сегодня в качестве инструмента исследования для изучения движения зарядов, их скоростей дрейфа и плотности и т. д. в материалах. В 1980 было обнаружено, что эффект Холла квантуется, что является примером квантового поведения в макроскопическом объекте.

Эффект Холла имеет и другие применения, от определения скорости кровотока до точного измерения напряженности магнитного поля. Чтобы исследовать их количественно, нам нужно выражение для ЭДС Холла [латекс] {\ varepsilon} [/ латекс] на проводнике. Рассмотрим баланс сил на движущийся заряд в ситуации, когда [латекс]{B}[/латекс], [латекс]{v}[/латекс] и [латекс]{l}[/латекс] взаимно перпендикулярны, например, как показано на рисунке 2. Хотя магнитная сила смещает отрицательные заряды в одну сторону, они не могут накапливаться без ограничений. Электрическое поле, вызванное их разделением, противодействует магнитной силе, [латекс]{F = qvB}[/латекс], и электрическая сила, [латекс]{F_e = qE}[/латекс], в конечном итоге вырастает, чтобы сравняться с ней. то есть

[латекс]{qE = qvB}[/латекс]

или

[латекс]{E = vB}.[/латекс]

Обратите внимание, что электрическое поле [латекс]{E}[/латекс] однородно по проводнику, потому что магнитное поле [латекс]{B}[/латекс] однородно, как и проводник. Для однородного электрического поля связь между электрическим полем и напряжением имеет вид [латекс]{Е = \varepsilon /l}[/латекс], где [латекс]{л}[/латекс] — ширина проводника, а [латекс ]{\varepsilon}[/latex] — ЭДС Холла. Ввод этого в последнее выражение дает

[латекс] {\ гидроразрыва {\ varepsilon} {l}} [/латекс] [латекс] {= vB}. [/латекс]

Решение этой задачи для ЭДС Холла дает

[латекс] {\ varepsilon = Blv \; (B, \; v, \;\text{и} \;l, \;\text{взаимно перпендикулярно})},[/latex]

, где [latex]{\varepsilon}[/latex] — напряжение на эффекте Холла на проводнике шириной [latex]{l}[/latex], по которому движутся заряды со скоростью [latex]{v}[/latex] .

Одним из наиболее распространенных применений эффекта Холла является измерение напряженности магнитного поля [латекс]{B}[/латекс]. Такие устройства, называемые датчиками Холла , можно сделать очень маленькими, что позволяет точно отображать положение. Датчики Холла также можно сделать очень точными, что обычно достигается путем тщательной калибровки. Еще одним применением эффекта Холла является измерение расхода жидкости в любой жидкости, которая имеет свободные заряды (большинство из них). (См. Рисунок 3.) Магнитное поле, приложенное перпендикулярно направлению потока, создает ЭДС Холла [латекс] {\ varepsilon} [/латекс], как показано. Обратите внимание, что знак [латекс]{\варепсилон}[/латекс] зависит не от знака зарядов, а только от направлений [латекс]{В}[/латекс] и [латекс]{в}[/ латекс]. Величина ЭДС Холла равна [латекс] {\ varepsilon = Blv} [/латекс], где [латекс] {l} [/латекс] — диаметр трубы, так что средняя скорость [латекс] {v} [/ латекс] может быть определен из [латекс] {\ varepsilon} [/латекс], если известны другие факторы.

Расчет ЭДС Холла: эффект Холла для кровотока

Датчик расхода на эффекте Холла помещают на артерию, приложив к ней магнитное поле 0,100 Тл, в установке, аналогичной показанной на рис. 3. Что такое ЭДС Холла, при внутреннем диаметре сосуда 4,00 мм и средней скорости кровотока 20,0 см/с?

Стратегия

Поскольку [латекс]{B}[/латекс], [латекс]{v}[/латекс] и [латекс]{l}[/латекс] взаимно перпендикулярны, уравнение [латекс] {\varepsilon =Blv}[/latex] можно использовать для поиска [латекс]{\varepsilon}[/латекс].

Решение

Ввод заданных значений для [латекс]{B}[/латекс], [латекс]{v}[/латекс] и [латекс]{l}[/латекс] дает

[латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} {\varepsilon}\;\;= & {Blv = (0,100 \;\text{T}) \; (4. {-3} \;\text{m}) \; (0,200 \;\text{м/с})} \\[1em]\;= & {80,0 \;\mu \text{V}} \end{массив}[/latex]

Обсуждение

Это среднее выходное напряжение. Мгновенное напряжение изменяется при пульсирующем токе крови. Напряжение в этом типе измерения мало. Размер εε 12{ε} {} особенно трудно измерить, потому что существуют напряжения, связанные с работой сердца (напряжения ЭКГ), которые имеют порядок милливольт. На практике эта трудность преодолевается приложением переменного магнитного поля, так что ЭДС Холла является переменным с той же частотой. Усилитель может быть очень избирательным, выбирая только подходящую частоту, исключая сигналы и шумы на других частотах.

• Эффект Холла представляет собой создание напряжения [латекс]{\varepsilon}[/латекс], известного как ЭДС Холла, на проводнике с током под действием магнитного поля.
• ЭДС Холла определяется выражением

  [латекс] {\ varepsilon = Blv \; (B, \; v, \;\text{и} \;l, \;\text{взаимно перпендикулярно})}[/latex]

  для проводника шириной [латекс]{l}[/латекс], по которому движутся заряды со скоростью [латекс]{v}[/латекс].

Эффект Холла

создание напряжения на проводнике с током магнитным полем

ЭДС Холла

электродвижущая сила, создаваемая проводником с током под действием магнитного поля [латекс] {\ varepsilon = Blv} [/латекс]

Эффект Холла — Яватточка