Site Loader

Содержание

Эффект Холла и его применение

После проведения эксперимента в 1879 году Эдвином Холлом при пропускании магнитного потока через тонкую пластину из золота было обнаружено возникновение на краях пластины разности потенциалов, то есть образовался эффект Холла.

В чем заключается эффект Холла

Определение 1

При помещении в магнитное поле пластины-проводника или полупроводника под 90 °к направлению силовых линий магнитного потока произойдет перемещение электронов по поперечине пластины под действием силы Лоренца. Их направление зависит от того, в какую сторону идет сила тока и силовые линии магнитного потока. Иначе говоря, (ЭХ) эффект Холла – это частный случай действия силы Лоренца, то есть действия магнитного поля на заряженную частицу.

Это можно рассмотреть на простейшем примере.

Пример 1

Если представить расположенную к нам торцом пластину, то ее кромка направлена вниз. Она сделана из металла, оба торца подключены к источнику питания, задний из которых на минус, передний на плюс.

Данный случай говорит о том, что электрический ток будет протекать по направлению к наблюдателю. Справа и слева от пластины располагаются два магнита. Правый из них обращен к пластине северным полюсом, левый – южным. Делаем вывод, что данный случай показывает направление силовых линий магнитного поля справа налево, так как они всегда выходят из северного полюса и входят в южный. Силовые линии отклоняют электроны, которые проходят по пластине к ее верхней кромке.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

При изменении направления тока в пластине при помощи перемены местами проводников мы сможем наблюдать отклонение электронов вниз. Если направление не менять, а только лишь полюса магнитов, электроны начнут сдвигаться вниз. Когда применяются оба направления, сила Лоренца произведет их перемещение вверх.

Очевидно, что одна из кромок накапливает отрицательный заряд под действием силы Лоренца, на другая на противоположной стороне – положительный. Это говорит о наличии разности потенциалов между ними, то есть электрического напряжения. Увеличение этой разности будет происходить до тех пор, пока не уравновесит силу Лоренца.

Определение 2

Возникновение разности потенциалов в таких случаях, получило название напряжения Холла, которое можно рассчитать, используя формулу:

Uхолл=-IBet, где I является силой тока, B – вектором магнитной индукции, e – зарядом электрона, p – количеством электронов в единице объема, t – толщиной пластины.

Аномальный ЭХ

Имеются случаи, когда ЭХ может быть обнаружен в пластине без пропускания через нее магнитного потока. Это возможно при нарушении симметрии по отношению к обращению времени в системе. В частности, аномальный ЭХ способен проявляться в намагниченных материалах.

Квантовый ЭХ

Двумерные газы со средним расстоянием между частицами, уменьшенным до значения длины де Бройля на зависимости поперечного сопротивления к воздействию магнитного поля, подвержены возникновению плато сопротивления в поперечине. ЭХ квантуется только в сильных магнитных полях.

Магнитные потоки, обладающие больше силой индукции, имеют дробный квантовый ЭХ. Он взаимосвязан с перестроением внутренней структуры двумерной электронной жидкости.

Спиновый ЭХ

СЭХ можно наблюдать на не намагниченных проводниках, которые не переместили в поле действия силовых линий магнита. Суть эффекта – отклонение электронов с антипараллельными спинами к противоположным краям пластины.

Применение эффекта Холла

Применение метода Холла связано с изучением особенностей полупроводников. С его помощью стало возможным вычисление количества носителей заряда на единицу объема, а также их подвижность. При его использовании реально отличить электрон от квазичастицы с положительным зарядом.

ЭХ всегда считался основой для разработки датчиков Холла. Аппаратура предназначена для измерения напряженности магнитного поля. Их используют для построения моторов со следящим приводом. В моторах они исполняют роль датчика обратной связи. Они способны измерить угол поворота вала мотора.

Датчики Холла устанавливают в электростартерах ДВС, охлаждающих системах ПК, навигационных системах мобильных телефонов, в измерительных приборах для вычисления количества заряда.

что это, зачем используется и где применяется / Блог компании Selectel / Хабр


Измерять характеристики магнитного поля можно как при помощи элементарных систем, так и посредством весьма сложных технологических решений. Все зависит от того, какие именно измерения выполняются и какие результаты ожидается получить. Самые простые датчики магнитного поля — герконы. Эти элементы изменяют состояние подключенной электрической цепи при воздействии магнитного поля. Герконы используются повсеместно, например, в датчиках открытия двери.

Герконы — очень простые системы. Для получения дополнительной информации о магнитном поле можно использовать еще и компас. Примерно так работали первые магнитометры. Но сейчас возможностей гораздо больше, ведь появились новые системы, включая распространенные датчики, где используется эффект Холла.


Спектр моделей таких датчиков чрезвычайно обширен — от клавиатур до оценки закрытия или открытия клапана. Датчики Холла используются в бесконтактной системе зажигания бензиновых двигателей, они служат для считывания показаний распредвала двигателя, с тем, чтобы определять параметры вращения. Электронный блок управления автомобиля по показаниям датчика определяет исправность системы зажигания и старта.

История появления датчика


Все началось с работы Эдвина Холла, который обнаружил эффект, позже названный его именем, в 1878 году. Основная идея проста: при воздействии магнитного поля на проводник, по которому проходит электрический ток, на концах проводника возникает разность напряжений при протекании тока, перпендикулярного полю.

Этот эффект называют обычным эффектом Холла, поскольку есть и другие явление, которое базируются на взаимодействии проводника, тока и магнитного поля.

Соответственно, датчики, чья работа основывается на эффекте Холла — лишь одна из разновидностей современных магнитометров. Есть множество разных датчиков других типов, где используются приемные катушки индуктивности. Они могут вращаться ил инет, используются также шкалы или пружины для измерения силы магнитного поля. Обнаружить магнитное поле можно даже при помощи оптических свойств материалов и соответствующих эффектов — например, эффекта Керра или Фарадея.

Есть и весьма специфические датчики, которые можно назвать экзотикой. Они основываются на измерении протонного резонанса в богатых водородом соединениях и веществах вроде керосина, либо определении энергетического состояния молекул газов типа цезия. Есть и датчики со сверхпроводящими катушками.

Но именно датчики на эффекте Холла являются наиболее недорогими, имеют небольшой размер и весьма практичны. Как уже говорилось выше, миниатюрные датчики Холла используются в клавиатурах. Сложно представить клавиатуру, основа которой — сверхпроводящие датчики, прикрепленные к нижней части клавиш.

Датчики Холла — идеальный вариант при создании систем контроля частоты вращения чего-либо, от кулеров до двигателей в технике. Датчики использовались в видеомагнитофонах и кассетных магнитофонах класса «люкс». Пример — Вега- МП122.

Используются датчики Холла и в смартфонах для решения самых разных задач, включая:

  • Работа цифрового компаса, который применятся в навигационных программах и помогает повышать скорость позиционирования.
  • Оптимизация взаимодействия девайса с разными аксессуарами, например, магнитными чехлами.
  • Применение датчика в моделях с раскладной конструкцией, для включения и отключения экрана при открывании или закрывании крышки.

Как это работает?


В сети есть многочисленные видео, объясняющие физические принципы, лежащие в основе эффекта Холла. Но понять можно и без всяких видео — здесь все относительно просто. Представьте себе проводник размером и формой повторяющий денежную купюру. Левая и правая сторона подключены к источнику постоянного тока, который и проходит через проводник. Если проводник исправен, то без воздействия магнитного поля напряжение в верхней и нижней части проводника будет близким к нулю.

Но если в системе появится магнитное поле, линии которого расположены под прямым углом к течению тока, на электроны и дырки в проводнике начинает воздействовать сила Лоренца. Частицы начинают отклоняться. Соответственно, электроны соберутся на одной стороне проводника, а на другой их не будет.


При помощи мультиметра можно измерить напряжение на верхней и нижней частях проводника. Если убрать магнитное поле, то напряжение снова станет почти равным нулю.

В устройствах, где используется эффект Холла, добавляется еще одна схема, где обычно присутствует усилитель холловского напряжения. Иногда есть регулятор напряжения смещения. У цифрового выходного датчика может быть компаратор и выходной транзистор.

Все датчики — разные


Есть две основные разновидности датчиков Холла — это цифровые датчики, которые, в свою очередь, разделяются на униполярные и биполярные.
А также аналоговые датчики.

Если вы хотите использовать датчик Холла в своем проекте, нужно детально разобраться в его базовых характеристиках. У датчиков есть ограничения по частотному диапазону, плюс некоторые могут быть весьма дорогими. Например, у компании Melexis есть девайс на 250 кГц, эта частота гораздо более высокая, чем у большинства похожих систем. Работать оно будет только при 5В и 15 мА.

В примере даташита показано, что есть две разновидности этого датчика — 7,5 mT (миллитесла), второй — 20 mT. Есть даже версия с 60 mT.


Датчики Холла могут быть встроены в электронные схемы. Например, у ESP32 есть собственный датчик Холла, как показано на видео выше.

Разработка систем на основе эффекта Холла


Как и было показано выше, придумать можно много чего. В качестве примера можно привести еще портативный магнетометр, плата которого умещается в пластиковую коробочку из-под Tic Tac. С его помощью можно облегчить задачу отслеживания проложенной в стене или потолке электропроводки.
Еще один пример — мониторинг кофе-машин, с целью оценки количества приготовленных чашек кофе.

Электричество и магнетизм

В 1880 г. Э. Холл обнаружил, что в проводнике, помещенном в магнитное поле, возникает разность потенциалов в направлении, перпендикулярном вектору магнитной индукции B и току I. Объясняется это действием силы Лоренца на заряды, движущиеся в проводнике.

 На рисунке 5.22 изображена пластина из проводника, которую пронизывает магнитное поле с индукцией B, направленное перпендикулярно чертежу от нас (обозначено крестиком).

Рис. 5.22. При фиксированном направлении тока сила Лоренца,

действующая на носители зарядов в образце, помещенном в магнитное поле,
имеет одно и то же направление независимо от знака заряда носителя

У отрицательных зарядов вектор скорости v и ток I направлены в противоположные стороны, для положительных зарядов направления скорости и тока совпадают. Применяя правило винта, находим, что сила Лоренца в обоих случаях направлена к верхней грани пластины. Следовательно, носители зарядов, независимо от знака их заряда, накапливаются на верхней грани пластины. 

Эффект Холла наблюдается у металлов и полупроводников. У металлов и полупроводников n-типа, где носителями зарядов являются электроны, на верхней грани пластины скапливаются избыточные отрицательные заряды, а нижняя грань заряжается положительно (рис. 5.23). У полупроводников p-типа, где носителями являются так называемые дырки, имеющие положительный заряд, верхняя грань заряжается положительно, а нижняя — отрицательно.

 

Рис. 5.23. Эффект Холла заключается в возникновении разности потенциалов UХ ,
между гранями проводящей пластины с током, помещенной в магнитное поле
(знаки зарядов показаны для металлической пластины)

Так как

то сила Лоренца равна

              

(5. 24)

Заряды, скопившиеся на верхней и нижней границах пластины, создают электрическое поле напряженностью EX , которое в свою очередь воздействует на электрические заряды с силой

              

(5.25)

Когда устанавливается стационарное распределение зарядов в поперечном сечении проводника, эти две силы уравновешивают друг друга

то есть

откуда

                

(5.26)

Заметим, что здесь автоматически выполняется соотношение между скоростью зарядов и полями EX и B, с которым мы только что познакомились, обсуждая опыты Томсона по измерению удельного заряда электрона. При выполнении соотношения (5.26) заряд движется прямолинейно и равномерно в скрещенных электрическом и магнитном полях. 

Из формулы для величины плотности тока j = qnv находим скорость упорядоченного движения зарядов

                  

(5.27)

Таким образом, для напряженности поперечного (холловского) электрического поля получаем

                               

(5.28)

Следовательно, при расстоянии между гранями пластины d разность потенциалов между ними равна

                                   

(5. 29)

где RX = 1/qn — коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Холла. Плотность носителей зарядов (электронов) в металле n = 1028 м–3, откуда RX = 10–9 м3/Кл. Для наиболее распространенных полупроводников
RX = 0,1 м3/Кл.  

Эффект Холла — один из эффективных методов изучения свойств носителей зарядов в металлах и полупроводниках. На рис. 5.24 представлен опыт, в котором демонстрируется возникновение поперечной ЭДС при внесении полупроводника с током в магнитное поле, перпендикулярное току. Плоский полупроводниковый образец, закрепленный на держателе, вносится в поле постоянного магнита, и вольтметр фиксирует наличие ЭДС Холла. При переворачивании образца относительно поля знак ЭДС меняется на противоположный.

Рис. 5.24. Эффект Холла в полупроводнике 

 

Дополнительная информация 

http://electrik.info/main/fakty/97-yeffekt-xolla-i-datchiki-na-ego-osnove.html — эффект Холла и датчики на его основе;

http://www.explainthatstuff.com/hall-effect-sensors.html — эффект Холла,  практические применения;

http://www.radioland.net.ua/contentid-170-page1.html — Полупроводники p и n типа.

Датчики и сенсоры онлайн журнал

 

 

Первоначально этот эффект применялся для изучения электропроводности металлов, полупроводников и других токопроводящих материалов. В настоящее время датчики Холла используются

для обнаружения магнитных полей и определения положения и перемещения объектов [25, 26]. Эффект Холла основан на взаимодействии между движущимися носителями электрического заряда и внешним магнитным полем. В металлах носителями зарядов являются электроны. При движении электронов в магнитном поле на них действует отклоняющая сила: F = qvB где q = 1.6×10 |9Кл — величина заряда электрона, v — его скорость, а В — магнитная индукция. Выделенный шрифт указывает на то, что F и В являются векторами. Направление силы и ее величина зависят от пространственного расположения магнитного потока и направления движения электрона. Единицей измерения В является тесла: 1 Тесла = 1 Нью-тон/(амперхметр) = 104 Гаусс. Предположим, что электроны двигаются внутри электропроводной пластины, помещенной в магнитное поле В (рис. 3.30). На две стороны пластины нанесены дополнительные электроды, подключенные к вольтметру. Еще два электрода расположены сверху и снизу пластины, они подсоединены к источнику электрического тока. Из-за действия внешнего магнитного поля возникает отклоняющая сила, смещающая электроны ближе к правому краю пластины, поэтому эта сторона становится более отрицательно заряженной, чем левая. Очевидно, что вследствие взаимодействия магнитного поля и электрического тока возникает поперечная разность потенциалов, получившая название напряжение Холла Vp Знак и амплитуда этого напряжения зависят как от величины, так и направления магнитного и электрического полей. При фиксированной температуре оно определяется выражением: Рис. 3.30. Датчик Холла. Магнитное поле отклоняет движущийся электрический заряд где а — угол между вектором магнитного поля и плоскостью пластины Холла (рис. 3.31), a h — полная чувствительность датчика, на значение той влияют тип материала пластины, ее геометрия (площадь активной зоны) и температура. Полная чувствительность датчика Холла зависит от коэффициента Холла, который определяется градиентом поперечного электрического потенциала на единицу интенсивности магнитного поля и на единицу плотности тока. В соответствии с теорией свободных электронов в металлах, коэффициент Холла можно найти при помощи выражения: где N — число свободных электронов в единице объема, а с — скорость света. В зависимости от кристаллической структуры материала заряды могут быть либо электронами (отрицательными), либо дырками (положительными). Поэтому и эффект Холла бывает либо положительным, либо отрицательным Рис. 3.31. А — выходной сигнал датчика Холла зависит от угла между вектором магнитного поля и плоскостью пластины, Б — четыре вывода датчика Холла Линейный датчик Холла обычно размещается в корпусе с четырьмя выводами. Два вывода для подключения тока управления называются управляющими выводами, а сопротивление между ними — сопротивлением управляющей цепи R Выводы для измерения выходного напряжения называются дифференциальными выходами, а сопротивление между ними — выходным дифференциальным сопротивлением R0. Эквивалентную схему датчика Холла (рис. 3.32) можно представить в виде деталейого соединения 4-х резисторов и двух источников напряжения, включенных последовательно с выходными выводами. Знак <8> на рис. 3.31Б и 3.32 указывает на то, что вектор В направлен от наблюдателя. Датчик характеризуется следующими параметрами», сопротивлениями Л и Rg , напряжением смещения при отсутствии магнитного поля, чувствительностью и температурным коэффициентом чувствительности. Рис. 3.32 Эквивалентная схема датчика Холла Большинство сенсоров Холла изготавливаются из кремния, и их можно разделить на две основные категории: простые и интегрированные. Для построения чувствительных элементов на основе эффекта Холла применяются InSb, InAs, Ge и GaAs. Кремниевые сенсоры могут быть интегрированы на одной подложке с интерфейсными электронными схемами. Такая интеграция особенно важна при построении прецизионных сенсоров, поскольку напряжение Холла обычно довольно мало. В таблице 3.2 приведены основные характеристики простого кремниевого линейного датчика Холла UGN-3605K, выпускаемого кампанией Sprague. Таблица 3.2. Типовые характеристики линейного датчика Холла
Управляющий ток 3 мА
Сопротивление управляющей цепи 2 2 кОм
Температурный коэффициент чувствительности сопротивления управляющей цепи +0 8%/°С
Дифференциальное выходное сопротивление 4 4 кОм
Выходное напряжение смещения 5 0 мВ (при В = 0 Гс)
Чувствительность 60 мкВ/Гс
Температурный коэффициент чувствительности +0 1%/°С
Полная чувствительность 20 В/(ОмхкГс)
Максимальная плотность магнитного потока ограничений нет
Встроенная интерфейсная схема может иметь в своем составе пороговый детектор, превращающий датчик в устройство с двумя положениями: его выходной сигнал будет равен нулю, когда магнитное поле ниже порогового значения, и единице — когда плотность магнитного потока становится значительной. Поскольку кремний обладает пьезорезистивными свойствами, датчики, реализованные на его основе, реагируют на механические напряжения, поэтому необходимо минимизировать нагрузки на корпус датчика и на подводящие провода. Датчики Холла также являются чувствительными к колебаниям температуры, приводят к изменению сопротивления сенсорных элементов. Если чувствительный элемент подключен к источнику напряжения, изменения температуры будут влиять на значение сопротивления, а, следовательно, и на ток в цепи управления. Рис. 3.33. А и Б — кремниевый датчик Холла с и-зоной, В — его эквивалентная схема в виде резистивного моста Поэтому предпочтительнее управляющие выводы подключать к источнику тока, а не источнику напряжения. На рис. З.ЗЗА приведена схема датчика Холла, реализованного на кремниевой подложке/ьтипа с зоной я-типа, полученной методом ионной имплантации. Электрические контакты обеспечивают подсоединение к источнику питания и формируют выходные выводы датчика. Элемент Холла представляет собой квадрат с углублением с четырьмя электродами, включенными по диагоналям (рис. Холл открыл это физическое явление в 1879 году. З.ЗЗБ). На рис. 3.33В приведена его эквивалентная схема в виде резистивного моста. Поскольку мосты являются самыми популярными электрическими цепями с хорошо проработанными методами расчета (раздел 5.7 главы 5), они чаще всего используется на практике.
.

  Список тем   Назад   Вперед

 

 

Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями.

 

По вопросам размещения статей   пишите на email:

[email protected]dex. ru

 

 

Эффект холла вывод формулы и ее анализ. Что такое эффект холла

Эффект Холла – явление возникновения разности потенциалов на краях металлической пластины под действием магнитного поля при пропускании через неё электрического тока. Сегодня используется в клавиатурах, стиральных машинах, автомобилях. Интересна статья про .

История открытия эффекта

Об открытии Эдвином Холлом столь специфичного эффекта известно мало. По какой-то причине столь значительное событие не обсуждается в литературе. Раздел про датчики Холла упоминает, что Эдвин сделал ключевые наблюдения в период соискания степени доктора наук Университета Джона Хопкинса в Балтиморе. Событие произошло в 1879 году. Это все, что отыщется в литературе касательно вопроса истоков великого открытия.

Упоминается источник, не столь обсуждаемый. Это заметка, датированная 19 ноября, в осеннем Американском журнале математики 1879 года (т. 2, № 3). Эдвин говорит на страницах 287-292 издания:

«За последний год я много занимался изучением Максвелловского Электричества и магнетизма, лекций профессора Роуланда. Отдельные строки задели внимание! «Нужно скрупулёзно отметить факт, что сила, действующая на проводника с током, расположенный поперёк линий магнитного поля, приложена непосредственно к материалу. И если приложить напряжение к диску или жидкости, материал станет двигаться послушно оказанному влиянию в полной мере, причём характер перемещения может оказаться согласован с формой электрического тока либо находиться с ней в диссонансе. Постоянная магнитная сила действует на поток заряженных частиц. Если бы ток умел выбирать путь сквозь толщу материала, то через время вернулся бы на прежнюю траекторию. Единственной реальной движущей силой становится ЭДС источника.»

Молодому учёному пришло на ум, что строки прямо вступают в противоречие с отдельными уже известными явлениями. По простой причине, что сила, действующая на провод с током, зависит от скорости течения зарядов. В противовес этому форма и конфигурация материала обретают малое значение. В свою очередь, взаимодействия между зарядами объясняются их величиной и знаком, что известно со времён Шарля Кулона.

После трудов Максвелла на глаза Эдвину Холлу попадается заметка профессора Эдлунда под названием «Униполярная индукция» (Annales de Chemie et de Physique, январь 1879). По тексту доказывался факт, что магнит действует на зафиксированный проводник с током аналогичным усилием, как на свободно подвешенный. Холл переадресовал вопрос профессору Роуланду и получил в ответ сообщение о занятости учёного мужа на данный момент. Эдвин получил в собственное распоряжение достойную размышлений загадку. Совместно с профессором Холл разработал методику эксперимента:

Если ток не сохранит постоянного пути движения по проводу под действием магнитного поля, плотность зарядов к одному боку станет выше. Что закономерно увеличит сопротивление проводника. Следовательно, останется воспользоваться для проверки гипотезы.

Для реализации опыта выбрана плоская спираль из проволоки (диаметром порядка половины миллиметра) нейзильбера (напоминающая по форме катушку Тесла) общим сопротивлением 2 Ом, зажатая между двумя прокладками из плотной резины. Лист решили поместить между двумя полюсами магнита обширной площади. Так, чтобы линии напряжённости поля в каждой точке оказались перпендикулярны направлению протекания тока. Электромагнит питался от 20 элементов Бунзена, соединённых по 4 последовательные цепочки в 5 ветвей. Результирующая напряжённость превышала в десятки тысяч раз горизонтальную составляющую магнитного поля Земли.

В качестве датчика использовался измерительный мост Витстона, по диагонали которого включили гальванометр конструкции лорда Кельвина. Техническое решение по предварительным данным фиксировало изменение сопротивление спирали в миллионную долю от общего значения. С 7 до 11 октября Эдвин Холл проделал 13 экспериментов, каждый состоял из 40 измерений:

  1. Измерение сопротивления с включённым магнитом.
  2. Аналогично с выключенным магнитом.
  3. П. 1 со сменой полярности линий напряжённости магнитного поля.
  4. Повторяет п. 2.

Измерения показали, что магнитное поле способно снижать и увеличивать сопротивление. Максимальный прирост составил пятнадцать сотых, среднее значение по итогам опытов оказалось намного меньше (пять миллионных долей). Стало ясно, что осуществлённых действий недостаточно, чтобы сделать определённые утверждения. Очевидно, что ток вряд ли признаётся несжимаемой субстанцией, как считали прежде. Требовалось понять, почему результаты первых опытов столь различны по значению и направлению изменения сопротивления.

Первый датчик Холла

Первый датчик Холла сконструирован профессором Роуландом. В той же форме, в которой устройство применяется поныне. Видя, что опыты Эдвина (и его собственные) не приводят к результату, лектор предложил старую модель эксперимента, проделанного годами ранее (описана конструкция датчика Холла):

  1. В электрическую цепь включается проводящий диск (либо пластина другой формы).
  2. При помощи гальванометра находятся две эквипотенциальные точки по бокам фигуры.
  3. Включается электромагнит, линии напряжённости поля которого лежат в перпендикулярной диску плоскости.
  4. Фиксируются изменения показаний гальванометра.

Предполагалось засечь признаки изменений при изменении условий протекания тока. В эксперименте использовался датчик Холла в нынешнем исполнении, но опыт не удался. Принято считать, что виновата слишком большая толщина диска. Профессор довёл это до сведения Эдвина и высказал мнение, что ситуация поправима, если использовать тонкий золотой лист, смонтированный на стеклянном основании (для исключения деформации металла полем). Поставленный 28 октября опыт полностью удачный, удалось зафиксировать стабильное отклонение иглы гальванометра при действии магнитного поля на пластинку с током.

И хотя движение оказывалось перманентным, быстро пропадало, нельзя было отнести это на (из опытов Фарадея). Быстро исключили погрешность, вносимую поле электрических соленоидов. На горизонте явно маячило открытие. Замечательно, что при изменении полярности магнита эффект инвертировался. Для установления количественных зависимостей аппарат слегка усовершенствовали:

  • Прочный контакт источника питания обеспечивался с каждой стороны пластинами латуни, хорошо отполированными и тщательно припаянными к золоту (9х2 см).
  • В центре остался чистый металл: область длиной 5,5 см и по всей ширине. Здесь через золото проходили линии магнитного поля.
  • Контакты высокоомного гальванометра Томсона подходили по краям, равноудалённо от латунных пластин.

В ходе эксперимента измерялись магнитное поле соленоидов, токи через пластину и гальванометр. Результат оформлялся в виде таблицы, представленной на рисунке, показывающей, что Эдвину Холлу удалось получить первые закономерности. Это случилось 12 ноября 1879 года. Несмотря на то, что выражение справа имеет значения, отличающиеся на 8%, очевидно, что порядок цифр одинаковый. А отклонения спишем на погрешности экспериментаторов и оборудования.

Точные значения важны далеко не всегда. Сегодня датчики Холла активно применяются в качестве индикаторов отсутствия или наличия магнитного поля. К примеру, в клавиатурах или двигателях стиральных машин.

Применение эффекта Холла на практике

Уже сказано (см. ), что первые промышленные приложения эффекта Холла нашли себе путь в жизнь во второй половине XX века. Сегодня чуть более половины доли сегмента приходится на автомобильную промышленность. Точнее – передовые технологии в остальные области приходят оттуда. К примеру, модули ASIC и ASSP. Ведущая роль на десятые года XXI века принадлежит компании Asahi Kasei Microsystems (АКМ), поставляющей компасы для мобильных устройств на основе эффекта Холла. Среди промышленных гигантов отметим Micronas, Infineon, Allegro, Melexis. Среди датчиков магнитного поля основанные на эффекте Холла занимают почётную долю в 87%.

Часто датчик включается в состав микросхемы. Историческим предком является серия КМОП. На её основе выпущены интегрированные в кристалл датчики для измерения угла положения дроссельной заслонки, руля, скорости вращения распределительного и коленчатого вала. Широко значение технологии в работе , где по угловому положению ротора нужно коммутировать определённым образом обмотки. Измерением величины поля занимаются новейшие 3D-датчики, определяющие угловое и линейное положение системы магнитов. Прежде фиксировался просто факт наличия или отсутствия объекта в поле зрения. Это нужно для успешной конкуренции с магниторезистивной технологией.

Сегодня последним писком моды считаются программируемые конструкции, куда посредством кода заносятся разные функции. Датчики могут использоваться различными способами. К примеру, по взаимному положению чувствительной площадки и магнита различают режимы:

  1. Лобовой. В этом случае магнит находится прямо напротив датчика, удаляясь от него или приближаясь по прямой линии. Поле зависит квадратично от дистанции и закон выходного сигнала от дальности напоминает гиперболу. Такой режим называется униполярным, напряжённость не может поменять направление.
  2. Скольжение. В этом случае между чувствительной площадкой и магнитом имеется некий зазор. Эта координата остаётся неизменной. А магнит может скользить параллельно датчику по одной оси. Поле в этом случае не меняется, а зависимость выходного сигнала от координаты близка к гауссовому распределению. Направление напряжённости не меняется, посему режим также называют униполярным.
  3. Биполярное скольжение. Иногда требуется узнать, в какую именно сторону отклонился магнит. А не только определить дистанцию. В этом случае магнит используется подковообразный. Соответственно, полюсы вызывают отклики разной полярности. Что и дало название режиму.

Данные режимы периодически используются в комбинации. К примеру, когда требуется точно позиционировать магнит относительно датчики (при помощи исполнительных устройств), чувствительность оборудования повышается крутой характеристикой зависимости выходного сигнала от координат. Применяются магниты из трёх полос с чередованием полюсов. Крайний спуски графика получаются пологими, а центральный пик резко выражен. Чем достигается точное позиционирование системы.

Для усиления линий напряжённости, придания чётко выраженного направления применяются полюсные наконечники. Это куски металла из мягких ферромагнитных сплавов. По мере приближения магнита линии начинают стремиться к участку, образуя зазор, где остаются прямыми. Если туда поместить датчик Холла, чувствительность системы ощутимо повышается. С аналогичной целью применяются магниты смещения, остающиеся на месте и не вызывающие самостоятельное срабатывание. По мере приближения движущейся части плотность магнитного поля резко нарастает. Это упрощает срабатывание и уменьшает требования к чувствительности датчика.

Добавим, что по структуре выходного сигнала сенсоры бывают аналоговыми и цифровыми. В последнем случае система легко сопрягается с автоматикой, а измеренный сигнал уже не теряет точности, будучи переданным на обработку.

Эффект Холла был обнаружен Эдвином Холлом в 1879 году, но прошло много лет, прежде чем технологическое развитие позволило интегральным схемам в полной мере воспользоваться этим явлением. Сегодня микросхемы датчика Холла предлагают удобный способ для достижения точных измерений тока, которые обеспечивают электрическую изоляцию между путем измеряемого тока и измерительной цепью.

От Лоренца к Холлу

Эффект Холла является продолжением силы Лоренца, которая описывает силу, действующую на заряженные частицы — такие как электрон — движущиеся в магнитном поле. Если магнитное поле направлено перпендикулярно направлению движения электронов, на электрон действует сила, которая перпендикулярна и направлению движения, и направлению магнитного поля.

Эффект Холла относится к ситуации, в которой сила Лоренца действует на электроны, движущиеся в проводнике, так что разница потенциалов — или другими словами, напряжение — возникает между двумя сторонами проводника.


Следует отметить, что стрелки на втором рисунке показывают направления протекания обычного тока, а это означает, что электроны двигаются в противоположном направлении. Направление силы Лоренца определяется правилом правой руки, учитывающим направление движения электрона относительно магнитного поля. На первом рисунке электрон движется вправо, а сила Лоренца направлена вверх. На втором рисунке электроны движутся влево, а сила Лоренца направлена вниз, и, таким образом, отрицательный заряд накапливается на нижней стороне проводника. Результатом является разность потенциалом, которая возникает между верхней и нижней кромками проводника, с верхним краем более положительным по сравнению с нижним. Эта разность потенциалов называется напряжением Холла:

Эта формула, которая применяется к токопроводящей пластине, говорит нам, что напряжение Холла зависит от величины тока (I), протекающего через проводник, от магнитной индукции (B), от элементарного заряда электрона (e), количества электронов в единице объема (ρ) и от толщины пластины (t).

Использование эффекта Холла

Напряжения, генерируемые с помощью эффекта Холла малы по отношению к воздействиям шума, смещения и температуры, которые, как правило, влияют на схему, и, таким образом, реальные датчики на основе эффекта Холла не были широко распространены до появления полупроводниковой технологии, позволившей создание компонентов с высокой степенью интеграции, которые включали в себя и элемент Холла, и дополнительную схему, необходимую для усиления напряжения Холла. Тем не менее, датчики на основе эффекта Холла ограничены в своей способности измерять небольшие токи. Например, чувствительность ACS712 от Allegro MicroSystems составляет 185 мВ/А. Это означает, что ток 10 мА создаст выходное напряжение только 1,85 мВ. Это напряжение может быть приемлемым, если у схемы низкий уровень шума, но, если в цепь протекания тока включить резистор 2 Ом, в результате можно получить напряжение 20 мВ, что значительно лучше.

Эффект Холла используется в различных датчиках; устройства, основанные на относительно простой связи между током, магнитным полем и напряжением, могут использоваться для измерения положения, скорости и напряженности магнитного поля. В данной статье мы сосредоточим внимание на устройствах, которые измеряют ток через напряжение Холла, генерируемое, когда магнитное поле, создаваемое измеряемым током, концентрируется в элементе датчика Холла.

Достоинства и недостатки

Характеристики у разных датчиков тока на основе эффекта Холла сильно отличаются, поэтому трудно суммировать достоинства и недостатки использования эффекта Холла относительно другого распространенного способа измерения тока; а именно, вставки прецизионного резистора в цепь протекания тока и измерения появившегося на нем падения напряжения с помощью дифференциального усилителя. В целом, датчики Холла ценятся за «невлияние» и обеспечение электрической изоляции между цепью протекания тока и измерительной цепью. Эти устройства рассматриваются как не оказывающие влияния потому, что в цепь протекания тока не вставляется какого-либо существенного сопротивления, и, таким образом, схема при проведении измерений ведет себя так же, как если бы датчика не было вовсе. Дополнительным преимуществом является то, что датчиком рассеивается минимальная мощность; это особенно важно при измерении больших токов.

Что касается точности, доступные в настоящее время датчики Холла могут достичь минимальной ошибки в 1%. Хорошо продуманный датчик на основе резистора может дать лучший результат, но одного процента, как правило, хватает при работе с большими токами/напряжениями, где и подходит использование датчиков Холла.

Недостатки датчиков Холла включают в себя ограниченный диапазон частот и высокую стоимость. ACS712 работает до 80 кГц, а диапазон Melexis MLX91208, который позиционируется, как «широкополосный», ограничивается верхней границей 250 кГц. Резистивный датчик тока с высокоскоростным усилителем, с другой стороны, может хорошо работать и мегагерцовом диапазоне. Кроме того, как обсуждалось выше, эффект Холла по своей природе имеет ограничение в отношении измерения малых токов.

Изоляция

Одно из главных преимуществ датчиков Холла заключается в электрической изоляции, которую в контексте проектирования схем и систем называют гальванической развязкой. Принцип гальванической развязки используется всякий раз, когда проект требует, чтобы две схемы связывались таким способом, который предотвращает любую возможность протекания между ними электрического тока. Простой пример, когда цифровой сигнал передается через оптоизолятор, который преобразует импульсы напряжения в импульсы света и таким образом передает данные оптическим способом, а не электрическим. Одной из основных причин для реализации гальванической развязки является предотвращение проблем, связанных с земляными контурами:


Основные принципы проектирования схем предполагают, что взаимосвязанные компоненты совместно используют общую точку земли, на которой предполагается 0 В. В реальной жизни, однако, «земля» состоит из проводников, имеющих ненулевое сопротивление, и эти проводники служат в качестве обратного пути протекания тока от схемы назад к источнику питания. Закон Ома напоминает нам, что ток и сопротивление дадут напряжение, и это падение напряжения в обратном пути означает, что «земля» в одной части схемы не точно такая же по потенциалу, как «земля» в другой части схемы. Эта разница в потенциалах земли может привести к проблемам, начиная от незначительных до катастрофических.

Для предотвращения протекания постоянного тока между двумя схемами используется гальваническая развязка, позволяющая успешно общаться схемам с различными потенциалами земли. Это особенно актуально для измерения токов: низковольтный датчик и обрабатывающая цепь могут понадобиться для контроля больших, изменяющихся в больших пределах токов, например, в цепи привода двигателя. Эти большие, быстро изменяющиеся токи приведут к значительным колебаниям напряжения в цепи обратного пути протекания тока. Датчик Холла позволяет системе контролировать ток привода и защитить схему высокоточного датчика от этих вредных колебаний земли.

Синфазное напряжение

Другое важное применение датчиков Холла заключается в измерении токов при работе с высокими напряжениями. В схеме резистивного датчика тока дифференциальный усилитель измеряет разницу между напряжениями на одной стороне резистора и на другой. Проблема возникает, когда эти напряжения велики по сравнению с потенциалом земли:


Реальные усилители имеют ограниченный «диапазон синфазности», что означает, что устройство не будет функционировать должным образом, разница между входными напряжениями мала, и очень велика разница между ними и землей. Диапазоны синфазных входных напряжений токоизмерительных усилителей, как правило, не выходят за пределы 80 или 100 В. С другой стороны, датчики Холла могут преобразовать ток в напряжение без связи с потенциалом земли в измеряемой цепи. Следовательно, пока напряжение не достаточно велико, чтобы вызвать физическое повреждение, синфазное напряжение не влияет на работу датчика Холла.

Электрический ток при его протекании через металл в присутствии магнитного поля производит электрическое напряжение, перпендикулярное направлению и самого тока, и силовых линий магнитного поля.

При движении электрического заряда в магнитном поле на него воздействует отклоняющая сила. Именно на этом принципе основана работа таких экспериментальных установок, как синхрофазотрон, широко использующихся в исследованиях в области физики элементарных частиц: в них заряженные частицы оказываются пойманными в тороидальную (в форме бублика) магнитную ловушку и летают по кругу внутри неё. В малых масштабах этот эффект используется в устройстве микроволновой печи — в ней электроны, циркулируя в магнитном поле, производят сверхвысокочастотное излучение, разогревающее пищу.

Представьте, что на столе перед вами лежит кусок проводящей проволоки, а магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости крышки стола. Если по проволоке пропустить ток, магнитное поле заставит заряды внутри провода отклоняться в одну сторону (вправо или влево от направления тока, в зависимости от ориентации магнитного поля и полярности зарядов). Смещаясь от направления прямолинейного движения внутри проводника, заряды будут скапливаться в приграничной зоне, пока силы взаимного электростатического отталкивания между ними, возникающие в силу закона Кулона , не уравновесят отклоняющую силу воздействия магнитного поля на ток. После этого ток снова потечёт прямолинейно, однако на проводнике возникнет разность электрических потенциалов в плоскости, перпендикулярной как направлению тока, так и направлению силовых линий магнитного поля, вызванная перераспределением электрических зарядов в плоскости сечения проводника, а величина этой разности потенциалов будет пропорциональна силе тока и напряженности магнитного поля.

Первым поперечное электрическое напряжение, возникающее под воздействием внешнего магнитного поля, по вышеописанной схеме измерил в 1879 году Эдвин Холл. Он осознал, что направление вектора напряжения будет зависеть от того, какие заряды — отрицательные или положительные — являются носителем тока. И, в результате проведённых опытов, Холл первым в мире наглядно продемонстрировал, что электрический ток в металлах создаётся направленным движением отрицательно заряженных электронов. А до этого опыта учёные сомневались и относительно полярности зарядов-носителей тока, и относительно того, воздействует ли магнитное поле на заряженные частицы внутри проводника или на саму неподвижную структуру проводника.

Прошло более столетия после экспериментов Холла, и германский физик Клаус фон Клитцинг (Klaus von Klitzing, р. 1943) открыл квантово-механический аналог эффекта Холла, за что и был в 1985 году удостоен Нобелевской премии по физике.

Edwin Herbert Hall, 1855-1938

Американский физик. Родился в г. Грейт-Фолз (ныне Горем), штат Мэн. Поступил в первый набор на физический факультет только что открытого Университета Джонса Гопкинса в Балтиморе — первого американского научно-исследовательского и учебно-образовательного учреждения, смоделированного по образцу немецких научно-исследовательских заведений. Эффект, названный впоследствии его именем, Холл открыл при подготовке докторской диссертации по электричеству и магнетизму. Защитив ее, ученый перешел в Гарвардский университет, где затем прославился инновациями в области преподавания физики в высшей и особенно средней школе.

Если спросить человека, знакомого с физикой на уровне лишь базовых знаний о том, что такое эффект Холла и где он применяется, ответа можно не получить. Удивительно, но в реалиях современного мира такое происходит довольно часто. На самом деле эффект Холла используется во многих электротехнических устройствах. К примеру, некогда популярные компьютерные дисководы для дискет определяли начальное положение двигателя с помощью генераторов Холла. Соответствующие датчики «перекочевали» и в схемы современных приводов для компакт-дисков (как CD, так и DVD). Кроме того, области применения включают в себя не только различные измерительные приборы, но даже генераторы электрической энергии, основанные на преобразовании тепла в поток заряженных частиц под действием магнитного поля (МГД).

Эдвин Герберт Холл в 1879 году, проводя опыты с проводящей пластиной, обнаружил беспричинное, на первый взгляд, явление возникновения потенциала (напряжения), при взаимодействии электрического тока и магнитного поля. Но обо всем по порядку.

Давайте сделаем небольшой мысленный эксперимент: возьмем металлическую пластину и пропустим по ней электрический ток. Далее поместим ее во внешнем таким образом, чтобы линии были ориентированы перпендикулярно плоскости проводящей пластины. В результате на гранях (поперек возникнет разность потенциалов. Это и есть эффект Холла. Причиной его появления служит известная

Существует способ определить значение возникающего напряжения (иногда называемого потенциалом Холла). Общее выражение приобретает вид:

где H — толщина пластины; Eh — напряженность внешнего поля.

Так как потенциал возникает благодаря перераспределению носителей зарядов в проводнике, то он ограничен (процесс не продолжается бесконечно). Поперечное перемещение зарядов прекратится в тот момент, когда значение лоренцовой силы (F= q*v*B) уравняется с противодействием q*Eh (q — заряд).

Так как J равна произведению концентрации зарядов, их скорости и единичного значения q, то есть

соответственно,

Отсюда следует (связав формулу с напряженностью):

Eh = B * (J / (q*n)).

Объединим все вышесказанное и определим потенциал холла через значение заряда:

Uh = (J*B*H) / n * q).

Эффект Холла позволяет утверждать, что иногда в металлах наблюдается не электронная, а дырочная проводимость. К примеру, это кадмий, бериллий и цинк. Изучая эффект Холла в полупроводниках, никто не сомневался, что носители заряда — «дырки». Однако, как уже было указано, это применимо и к металлам. Считалось, что при распределении зарядов (формировании потенциала Холла) общий вектор будет образован электронами (отрицательный знак). Однако получалось, что в поле ток создают вовсе не электроны. На практике данной свойство используется для определения плотности носителей заряда в полупроводящем материале.

Не менее известен квантовый эффект Холла (1982 год). Он представляет собой одно из свойств проводимости двумерного электронного газа (частицы могут свободно перемещаться лишь в двух направлениях) в условиях сверхнизких температур и высоких внешних магнитных полей. При изучении данного эффекта было открыто существование «дробности». Складывалось впечатление, что заряд формируется не единичными носителями (1+1+1), а составными частями (1+1+0.5). Однако оказалось, что никакие законы не нарушаются. В соответствии с вокруг каждого электрона в магнитном поле создается своеобразный вихрь из квантов самого потока. С увеличением интенсивности поля возникает ситуация, когда соответствие «один электрон = один вихрь» перестает выполняться. На каждую частицу приходится несколько квантов Эти новые частицы как раз и являются причиной дробного результата при эффекте Холла.

После проведения эксперимента в 1879 году Эдвином Холлом при пропускании магнитного потока через тонкую пластину из золота было обнаружено возникновение на краях пластины разности потенциалов, то есть образовался эффект Холла.

Определение 1

При помещении в магнитное поле пластины-проводника или полупроводника под 90 ° к направлению силовых линий магнитного потока произойдет перемещение электронов по поперечине пластины под действием силы Лоренца. Их направление зависит от того, в какую сторону идет сила тока и силовые линии магнитного потока. Иначе говоря, (ЭХ) эффект Холла – это частный случай действия силы Лоренца, то есть действия магнитного поля на заряженную частицу.

Это можно рассмотреть на простейшем примере.

Пример 1

Если представить расположенную к нам торцом пластину, то ее кромка направлена вниз. Она сделана из металла, оба торца подключены к источнику питания, задний из которых на минус, передний на плюс.

Данный случай говорит о том, что электрический ток будет протекать по направлению к наблюдателю. Справа и слева от пластины располагаются два магнита. Правый из них обращен к пластине северным полюсом, левый – южным. Делаем вывод, что данный случай показывает направление силовых линий магнитного поля справа налево, так как они всегда выходят из северного полюса и входят в южный. Силовые линии отклоняют электроны, которые проходят по пластине к ее верхней кромке.

При изменении направления тока в пластине при помощи перемены местами проводников мы сможем наблюдать отклонение электронов вниз. Если направление не менять, а только лишь полюса магнитов, электроны начнут сдвигаться вниз. Когда применяются оба направления, сила Лоренца произведет их перемещение вверх.

Очевидно, что одна из кромок накапливает отрицательный заряд под действием силы Лоренца, на другая на противоположной стороне – положительный. Это говорит о наличии разности потенциалов между ними, то есть электрического напряжения. Увеличение этой разности будет происходить до тех пор, пока не уравновесит силу Лоренца.

Определение 2

Возникновение разности потенциалов в таких случаях, получило название напряжения Холла , которое можно рассчитать, используя формулу:

U х о л л = — I B e t , где I является силой тока, B – вектором магнитной индукции, e – зарядом электрона, p – количеством электронов в единице объема, t – толщиной пластины.

Аномальный ЭХ

Имеются случаи, когда ЭХ может быть обнаружен в пластине без пропускания через нее магнитного потока. Это возможно при нарушении симметрии по отношению к обращению времени в системе. В частности, аномальный ЭХ способен проявляться в намагниченных материалах.

Квантовый ЭХ

Двумерные газы со средним расстоянием между частицами, уменьшенным до значения длины де Бройля на зависимости поперечного сопротивления к воздействию магнитного поля, подвержены возникновению плато сопротивления в поперечине. ЭХ квантуется только в сильных магнитных полях.

Магнитные потоки, обладающие больше силой индукции, имеют дробный квантовый ЭХ. Он взаимосвязан с перестроением внутренней структуры двумерной электронной жидкости.

Спиновый ЭХ

СЭХ можно наблюдать на не намагниченных проводниках, которые не переместили в поле действия силовых линий магнита. Суть эффекта – отклонение электронов с антипараллельными спинами к противоположным краям пластины.

Применение эффекта Холла

Применение метода Холла связано с изучением особенностей полупроводников. С его помощью стало возможным вычисление количества носителей заряда на единицу объема, а также их подвижность. При его использовании реально отличить электрон от квазичастицы с положительным зарядом.

ЭХ всегда считался основой для разработки датчиков Холла. Аппаратура предназначена для измерения напряженности магнитного поля. Их используют для построения моторов со следящим приводом. В моторах они исполняют роль датчика обратной связи. Они способны измерить угол поворота вала мотора.

Датчики Холла устанавливают в электростартерах ДВС, охлаждающих системах ПК, навигационных системах мобильных телефонов, в измерительных приборах для вычисления количества заряда.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Эффект Холла Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Проблема усугубляется тем, что количество отходов из года в год увеличивается. Мировое сообщество должно задуматься об открытии новых эффективных методов переработки ОЯТ.

Улучшить ситуацию могут реакторы на быстрых нейтронах. Данный вид реакторов позволяет использовать в качестве топлива отходы, полученные от других видов реакторов, замыкая, таким образом, топливный цикл. Эта версия развития открывает к использованию все природные ресурсы урана (235 и 238), а также тория и наработанного оружейного плутония, и тогда разведанных запасов хватит на (по разным оценкам) приблизительно 2500 лет, с учетом неукоснительного роста энергопотребления и дефицита ресурсов. Реакторы на быстрых нейтронах вовлекают в генерацию и идущий сегодня на склады/свалки уран-238, содержание которого в добытой руде составляет оставшиеся 99,3%; а плутоний, нарабатываемый в БН, отлично подходит в качестве топлива для оперируемых сегодня тепловых реакторов, то есть в быстрых реакторах образуется больше топлива, чем потребляется [2].

Список литературы

1. Глава 7. Проблема радиоактивных отходов. [Электронный ресурс]. Режим доступа:http://portal.tpu.ru/files/personal/rikhvanov/AutoPlay/Docs/index.íiles/glav.file s/oglav.files/glava7.htm/ (дата обращения: 05.02.2017).

2. Кайнова А.В. Концепт будущего ядерной энергетики / Кайнова А.В., Кузьма М.М., Мулин М.М., Субарев М.А. / Будущее технической науки: Н. Новгород, 2017.

ЭФФЕКТ ХОЛЛА Шарафутдинова Г.Г.

Шарафутдинова Гульназ Гильмитдиновна — студент, физико-математический факультет, Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы, г. Уфа

Аннотация: в данной статье рассматривается эффект Холла. Цель статьи является показать значимость эффекта Холла, также применение и свойства. Ключевые слова: эффект Холла, электроны, заряд, поле.

При движении электрического заряда в магнитном поле на него воздействует отклоняющая сила. Именно на этом принципе основана работа таких экспериментальных установок, как синхрофазотрон, широко использующихся в исследованиях в области физики элементарных частиц: в них заряженные частицы оказываются пойманными в тороидальную

(в форме бублика) магнитную ловушку и летают по кругу внутри неё. В малых масштабах этот эффект используется в устройстве микроволновой печи — в ней электроны, циркулируя в магнитном поле, производят сверхвысокочастотное излучение, разогревающее пищу.

Представьте, что на столе перед вами лежит кусок проводящей проволоки, а магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости крышки стола. Если по проволоке пропустить ток, магнитное поле заставит заряды внутри провода отклоняться в одну сторону (вправо или влево от направления тока, в зависимости от ориентации магнитного поля и полярности зарядов). Смещаясь от направления прямолинейного движения внутри проводника, заряды будут скапливаться в приграничной зоне, пока силы взаимного электростатического отталкивания между ними, возникающие в силу закона Кулона, не уравновесят отклоняющую силу

воздействия магнитного поля на ток. После этого ток снова потечёт прямолинейно, однако на проводнике возникнет разность электрических потенциалов в плоскости, перпендикулярной как направлению тока, так и направлению силовых линий магнитного поля, вызванная перераспределением электрических зарядов в плоскости сечения проводника, а величина этой разности потенциалов будет пропорциональна силе тока и напряженности магнитного поля.

Первым поперечное электрическое напряжение, возникающее под воздействием внешнего магнитного поля, по вышеописанной схеме измерил в 1879 году Эдвин Холл. Он осознал, что направление вектора напряжения будет зависеть от того, какие заряды — отрицательные или положительные — являются носителем тока. И, в результате проведённых опытов, Холл первым в мире наглядно продемонстрировал, что электрический ток в металлах создаётся направленным движением отрицательно заряженных электронов. А до этого опыта учёные сомневались и относительно полярности зарядов-носителей тока, и относительно того, воздействует ли магнитное поле на заряженные частицы внутри проводника или на саму неподвижную структуру проводника.

Эффект Холла относится к группе гальваномагнитных явлений и заключается в том, что под действием магнитного поля, перпендикулярного к электрическому току, электроны в материале отклоняются перпендикулярно как направлению электрического тока, так и магнитного поля [1]. С помощью эффекта Холла стало возможным понять суть процессов проводимости в полупроводниках и провести грань между полупроводниками и другими типами плохо проводящих материалов. Это обусловлено тем, что измерение ЭДС (разности потенциалов) Холла, возникающей в материале перпендикулярно направлению электрического тока и внешнего магнитного поля, дает возможность непосредственно определить концентрацию и знак носителей заряда [2]. Последнее позволяет определить принадлежность материала к тому или иному типу полупроводников (р или п-типа). Основная причина эффекта Холла — искривление траекторий носителей тока (электронов проводимости и дырок) в магнитном поле.

Эффект Холла играет важную роль при исследовании физических свойств проводящих материалов. И это самое главное его применение. Действительно, измеряя Дфх, I и В, можно вычислить такую важную характеристику, как концентрация свободных носителей зарядов в веществе при различных условиях. Ожидалось, что эта концентрация будет по порядку величины такой же, как концентрация атомов,— ведь именно от атомов кристаллической решетки «отрываются» свободные электроны. Это ожидание оправдалось для многих металлов, но не подтвердилось для полупроводников. У них концентрация свободных зарядов оказалась на много порядков меньше и к тому же сильно зависела от температуры. Но самый неожиданный вывод заключался в том, что по результатам опытов заряд свободных носителей во многих полупроводниках должен быть положительным!

Список литературы

1. Батавин В.В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур //

Москва: Радио и связь, 1985.

2. Дурасова Ю.А. Эффект холла // Москва, 2011.

Физики закрутили луч света в три концентрических спирали

Boubacar Kanté / Nature Physics, 2021

Физикам удалось поместить три спиральных световых луча друг в друга, воспользовавшись квантовым эффектом Холла. Для этого они вытравили точечный кольцевой рисунок из полупроводника, а потом поместили его на магнитную подложку. Разработанный авторами метод в перспективе позволит превысить существующий порог передачи информации за счет создания нескольких независимых каналов в одном световом луче. Статья опубликована в Nature Physics.

Если поместить двумерный проводник с током в магнитное поле, перпендикулярное его плоскости, то возникнет электрическое поле, перпендикулярное и току, и изначальному магнитному полю. Из-за этого электроны или другие носители заряда начинают отклоняться от своей изначальной траектории в направлении, перпендикулярном ей — это эффект Холла. Сегодня ученые чаще прибегают к понятию квантового эффекта Холла: сопротивление возникающее при отклонении носителей заряда перпендикулярно изначальной траектории квантуется, то есть изменяется не непрерывно, а ступенчато. 

Более того, оказалось, что квантовый эффект Холла применим даже к фотонам. Если пропустить пучок света через сильное перпендикулярное магнитное поле, то фотоны начнут отклоняться, образуя волну с орбитальным угловым моментом, проще говоря — спирально-вращающуюся волну. А учитывая, что сопротивление Холла квантуется, то спираль будет иметь строго определенный диаметр.

Физики под руководством Бубакара Канте (Boubacar Kanté) из Университета Калифорнии в Сан-Диего смогли получить сразу три когерентных пучка света с орбитальным угловым моментом одновременно. Для этого они нанесли полупроводниковый материал из галлия, индия, фосфора и мышьяка на магнитную подложку. Сначала полупроводниковый слой обработали соляной кислотой, чтобы снять верхний слой, после чего на него поместили заглушки из силсесквиоксана — кремнийорагнического вещества, которое часто применяют в процессах ионной литографии. После этого часть поверхности, не закрытую заглушками, вытравили с помощью реактивной плазмы. Далее с полученного образца удалили заглушки плавиковой кислотой и нанесли его на магнитный слой из иттрий-железного граната. Предварительно на поверхность последнего нанесли защитный полимерный слой, после чего спекали в течение пяти часов при температуре 240 градусов Цельсия при высоком давлении.

Схема процесса изготовления линзы

Boubacar Kanté / Nature Physics, 2021

Проходя через полученный образец, световой луч приобретает орбитальный момент, в результате чего образуется спираль определенного диаметра. При падении на поверхность, такой луч оставляет пятно кольцевой формы. Этот метод также позволяет получать несколько спиралей в одной. Авторам удалось получить три спирали с квантовыми числами 100, 156 и 276 соотвественно, которые выглядят как три концентрических окружности. Причем уже известные методы получения такой топологии светового пучка либо не позволяли получить достаточно большие квантовые числа (не больше трех), либо позволяли получать большие квантовые числа (до 100), но совмещать несколько спиралей в одной не удавалось. Авторы предполагают, что разработанный ими метод позволит передавать информацию более эффективно, за счет создания сразу нескольких каналов информации в одном световом пучке.

Интерференционная картина: теоретическая и экспериментальная

Boubacar Kanté / Nature Physics, 2021

Теоретические и экспериментальные проекции лучей на поверхность и внешний вид линз

Boubacar Kanté / Nature Physics, 2021

Область лазерной передачи данных сейчас очень активно развивается. Это поможет избежать прокладки интернет-кабелей и возможно увеличит скорость передачи информации. Есть даже проект по развертыванию сети станций интернет-связи в Африке с использованием лазерных технологий.

Егор Длин

The Hall Method

КТО МЫ

MARLENE HALL
ПРЕЗИДЕНТ

Марлен Холл имеет более 31 года опыта танцевального образования и получила степень бакалавра танцев в Калифорнийском университете в Ирвине. После колледжа г-жа Холл интенсивно тренировалась в пилатесе в течение 8 лет, где ее познакомили с theraband и вдохновили на изучение и творчество. Это исследование привело к объединению ее обширного опыта и любви к танцам с ее новым интересом к пилатесу, благодаря разработке Therabarre, первого урока по методу Холла, который был представлен на конференции Международной ассоциации танцевальных и медицинских наук в Базеле, Швейцария, 2014.

Марлен была ответственна за открытие двух школ исполнительского искусства и преподает в Средней школе искусств округа Ориндж (OCSA), где она разработала и внедрила утвержденную UC учебную программу уровня колледжа по предметам.

Ее ученики получили частичные или полные стипендии для следующих профессиональных программ и университетов: Kirov Ballet, Joffrey Ballet, American Ballet Theatre, Princeton Ballet Society, Joffrey Ballet, The Rock School, Kansas City Ballet, Royal London Ballet, Ballet Magnificat и Бродвейский театральный проект.Многие из ее студентов поступили в школу Джульярд, Калифорнийский университет в Ирвине, Университет Фордхэма, Корнуоллский университет, Калифорнийский университет в области искусств, Университет Чепмена, Нью-Йоркский университет, Университет закупок, AMDA L.A./NYC, Университет Элона, Университет Пейс и Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе.

Среди ее учеников на телевидении и в фильмах: мюзикл Уолта Диснея «Джеппетто», «Так ты думаешь, что умеешь танцевать» NBC, «Рассекреченная школа выживания Неда» от Nickelodeon, рекламные и промышленные ролики «Скуби-Ду» компании Warner Brothers.

Кай Хейзелвуд был увлеченным педагогом танцев более 10 лет. Помимо специализации на преподавании современной музыки, балета, импровизации, композиции и танцевальной грамотности, Кай является вице-президентом и соучредителем метода Холла. Ее обучение включает 6 лет в балетной школе Сан-Франциско, летние программы в Театре танца Гарлема и Элвина Эйли, а также обучение в Кировском балете в Санкт-Петербурге, Россия. После контракта с балетной труппой Окленда Кай переехала в Лос-Анджелес, чтобы закончить бакалавриат в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе.

Она оставила свою 4-летнюю должность преподавателя, а затем координатора танцевальной деятельности в колледже и консерватории AMDA в январе 2016 года, чтобы переориентировать свою артистическую карьеру, начав с должности приглашенного хореографа в Martz Contemporary Dance Company в Барселоне, Испания. Затем Кай отправилась в тур с Axis Dance Company, а затем вернулась в Лос-Анджелес, чтобы продолжить свою хореографическую и исполнительскую работу.

Она подписала контракт с Go 2 Talent Agency как артистка танцев и стала хореографом-резидентом Театра Диббук.В 2017 году Кай была выбрана хореографическим резидентом Международного центра искусств Arts Omi, поставила второй вечер своей собственной хореографии и показала работы на Фестивале черных хореографов в Сан-Франциско.

Она является артистом-резидентом Департамента культуры Лос-Анджелеса в 2018 году, приглашена на Jacob’s Pillow в рамках Форума национальных докладчиков и является художественным руководителем в своих совместных проектах Kai Hazelwood + Colab и Downtown Dance & Movement, ультрасовременный танцевальный центр, предлагающий уроки, репетиции и выступления в центре Лос-Анджелеса.

КАЙ ХЕЙЗЕЛВУД
ВИЦЕ-ПРЕЗИДЕНТ

ДЭВИД В. КРУСЕ, MD
МЕДИЦИНСКИЙ ДИРЕКТОР

ДЭВИД В. КРУСЕ, MD
МЕДИЦИНСКИЙ ДИРЕКТОР

Доктор Круз имеет два сертификата совета по спортивной медицине и семейной медицине, а также практикует в качестве специалиста по спортивной медицине первичного звена. Клинический опыт доктора Крузе включает в себя неоперативную ортопедию и спортивную медицину, общее лечение опорно-двигательного аппарата, спортивное сотрясение мозга, общие медицинские потребности спортсмена и опорно-двигательные процедуры, включая инъекции суставов и тканей.Доктор Круз также особенно хорошо разбирается в уходе за травмированной гимнасткой или танцором.

Доктор Круз вырос во Флориде, но, следуя своим личным спортивным устремлениям, поступил в Калифорнийский университет в Беркли, получив полную спортивную стипендию для занятий гимнастикой. Во время соревнований за Беркли он был 3-кратным капитаном, 6-кратным всеамериканским, студентом-спортсменом года Калифорнийского университета в Беркли, обладателем медали Pac 10 и выиграл командный чемпионат NCAA. Он продолжил свою карьеру в гимнастике после колледжа, постоянно участвуя в международных соревнованиях в качестве 4-х разового члена национальной сборной США по гимнастике.

После ухода из гимнастики доктор Круз поступил в медицинскую школу Калифорнийского университета в Сан-Диего, а затем получил ординатуру по семейной медицине в Мемориальном медицинском центре Лонг-Бич. После ординатуры доктор Круз прошел стажировку по спортивной медицине в Университете Нотр-Дам.

Перед тем, как поступить в специализированный ортопедический институт, доктор Круз в течение 4 лет практиковал в Калифорнийском университете в Ирвине в качестве ассистента клинического профессора на кафедрах ортопедической хирургии и семейной медицины.Он поддерживает должность волонтера на факультете Калифорнийского университета в Ирвине, чтобы продолжить активное преподавание спортивной медицины для студентов-медиков и ординаторов. Доктор Круз также служит источником информации для общества и проводит множество местных лекций для различных школ и общественных групп по широкому кругу тем спортивной медицины. Он также является автором нескольких рецензируемых журналов и публикаций учебников по широкому кругу тем спортивной медицины.

Доктор Круз в настоящее время работает координатором по уходу за спортсменами-гимнастами в США и врачом мужской национальной сборной США по гимнастике.Он также является врачом команды Калифорнийского университета в Ирвине, Университета Биола, футбольного клуба округа Ориндж, Фундаментальной средней школы Годинез и оказывает помощь в освещении Креанской лютеранской средней школы. Кроме того, доктор Круз предоставляет консультации по вопросам спортивного сотрясения мозга и лечение в средней школе Сервита, колледже Санта-Ана, колледже Сантьяго-Каньон, средней школе Корона-дель-Мар и других местных спортивных программах.

Доктор Круз является активным членом Американской академии семейных врачей, Американского медицинского общества спортивной медицины (AMSSM) и Американского колледжа спортивной медицины.

В круг внешних интересов доктора Круза входит проведение времени со своей женой Минди и их двумя детьми, Алексом и Лайлой. Он также увлекается йогой, серфингом, игрой на гитаре и занимается всеми видами спорта, смотря SportsCenter.

DR. ДЖЕФФРИ РАССЕЛ,
PhD, AT, FIADMS

СТАРШИЙ КЛИНИЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬ

Доктор Джефф Рассел работает на факультете спортивной подготовки в Университете Огайо и возглавляет многогранную инициативу в области исполнительской медицины, известную как «Наука и здоровье в художественном представлении» или SHAPe, которую он разработал для танцев и музыки в университете , программы театра и оркестра.Работая в SHAPe Clinic и SHAPe Lab, он и его команда медицинских специалистов и студентов-медиков заботятся о 700 артистах-исполнителях в университете и исследуют различные темы, связанные со здоровьем и охраной здоровья артистов-исполнителей. В рамках этих усилий они первыми внедрили лечение сотрясения мозга во всех дисциплинах исполнительского искусства, основываясь на данных, переведенных из литературы по спортивным сотрясениям мозга.

Доктор Рассел имеет более чем 36-летний опыт работы в спортивной медицине, ортопедии и медицине исполнительских искусств.Он получил докторскую степень в области танцевальной медицины и науки в Университете Вулверхэмптона в Соединенном Королевстве, где он использовал рентгеновские лучи и магнитно-резонансную томографию для изучения анатомии и движения голеностопного сустава у женщин-балерин на пуантах. Его текущее исследование охватывает медицинские аспекты исполнительского искусства, включая сотрясения мозга в театре и развлечениях, звуковое воздействие, вызванное музыкой, и гипермобильность суставов у музыкантов. Он также является соучредителем и президентом The Kardia Foundation, международной некоммерческой организации, работающей в сфере здравоохранения с 1997 года.Основная работа фонда в настоящее время — обучение лидерству в сфере здравоохранения.

Доктор Рассел выступает на национальном и международном уровнях по темам, связанным с исполнительской медициной, спортивной медициной и лидерством в сфере здравоохранения. Он опубликовал множество статей в научных журналах и глав книг. В 2017 году он закончил три последовательных двухлетних срока в Совете директоров Международной ассоциации танцевальной медицины и науки и четыре года в Комитете STOP по спортивным травмам Американского ортопедического общества спортивной медицины.Он является членом Международной ассоциации танцевальной медицины и науки и был научным сотрудником Брунинга в Университете Огайо в течение 2017–18 учебного года.

Доктор Рассел и его жена Рут живут в Афинах, штат Огайо, примерно в 10 минутах от университетского городка. Они женаты почти 36 лет и любят готовить, проводить время на свежем воздухе, ходить в походы, кататься на каноэ и путешествовать по Америке и за границу.

Техника Холла доктора Жанетт Маклин

Малоинвазивный метод лечения кариеса у детей


автор Dr.Жанетт Маклин


Переход к малоинвазивному лечению

Теперь известно, что кариес — это заболевание биопленок, а кариозные поражения — результат дисбактериоза (дисбаланса биопленки), в результате чего чистая деминерализация превышает реминерализацию, и одно лишь хирургическое вмешательство не останавливает процесс болезни.

Систематические обзоры и метаанализы демонстрируют, что полное удаление кариеса не является необходимым для лечения кариеса у здорового бессимптомного зуба.Вместо этого для лечения кариеса предпочтительнее контролировать биопленку и устанавливать герметичную реставрацию. Этот минимально инвазивный подход особенно полезен для молодых, тревожных пациентов, которым в противном случае может потребоваться седация при традиционных хирургических вмешательствах. Основанный на фактических данных, малоинвазивный вариант лечения тяжелого кариеса в раннем детстве — это метод Холла.

Техника Холла

Доктор Норна Холл была стоматологом общей практики, работавшим в регионе с высоким уровнем кариеса в Шотландии.В 1997 году аудит обнаружил, что она ставила коронки из нержавеющей стали с более высокой частотой, чем в среднем. Холл также размещал их нетрадиционным способом — без местной анестезии и препарирования зубов, просто герметизируя кариозные поражения под коронкой стеклоиономерным цементом, тем самым отрезая их от их «топлива» (то есть пищевых углеводов) и останавливая их.

К ее удивлению и восторгу, клинические результаты были аналогичны традиционной установке коронки и были хорошо приняты пациентами. 1 Так родилась техника Холла. С того времени было опубликовано четыре рандомизированных контрольных испытания, демонстрирующих эффективность метода Холла для лечения кариеса у педиатрических пациентов. 2–5

Вручая родителю

Знакомя родителей с методом Холла, я говорю следующее: «Что бы случилось с вами, если бы я бросил вас в резервуар с цементом? Вы бы выжили или умерли бы? » Обычно я смотрю широко раскрытыми глазами, затем смеюсь и отвечаю: «Умри.”

На что я отвечаю: «Верно. Поэтому, когда я запечатываю жуков в полостях под короной в цементе, им также не хватает топлива, необходимого для выживания, они арестовываются и умирают ».

Я также объясняю, что эффективность метода Холла эквивалентна традиционному хирургическому подходу, то есть подходу «сверлить и заполнять», каждый из которых имеет небольшую вероятность неудачи. 6 Однако метод Холла имеет дополнительное преимущество в том, что он устраняет необходимость в уколах и упражнениях, которые могут потребовать седативного действия, чтобы ребенок перенес лечение.При наличии надлежащего информированного согласия я обнаружил, что эта методика хорошо воспринимается родителями и хорошо переносится пациентами.

Противопоказания

• Клинические симптомы необратимого пульпита или зубного абсцесса.

• Нет четкой полосы дентина между кариозным поражением и пульпой.

• Рентгенологические доказательства обнажения пульпы или перирадикулярной патологии.

• Невосстанавливаемая, несоответствующая структура зуба для удержания коронки.

• Дети, у которых нельзя безопасно управлять дыхательными путями.

Преимущества

• Уход, ориентированный на пациента.

• Быстрее завершить.

• Эффективность подтверждена рандомизированными контрольными исследованиями.

• Минимальное вмешательство благоприятно для пульпы.

• Снижение беспокойства / стресса у ребенка-пациента, родителя и стоматолога.

• Нет необходимости в местной анестезии или препарировании зубов.

• Отсутствие повреждения мягких тканей.

• Отсутствие случайного прикуса губ или языка.

Презентация кейса

У девочки 5 лет обширный, но бессимптомный кариес первого левого моляра нижней челюсти (рис. 1).

Информированное согласие обсуждается с матерью пациента, и обсуждаются варианты лечения, включая отказ от лечения; фторид диамина серебра; добыча; или заводская коронка из нержавеющей стали, устанавливаемая либо с традиционной хирургической подготовкой, либо с неинвазивной техникой Холла.

Мать пациентки выбрала технику Холла, поскольку она требует минимальной подготовки зубов и не требует местной анестезии или седативных средств.

Техника

Поместите ортодонтические сепараторы в мезиальный и дистальный контакты, чтобы освободить место для коронки. Вы можете использовать ортодонтические плоскогубцы или пропустить два куска нити через разделитель, потянуть их в противоположных направлениях, чтобы растянуть ремешок, а затем вставить его в контакт. Если у пациента есть открытые контакты или пространство приматов, возможно, нет необходимости в установке разделителей (рис.2а – 2г).

Примерно через два дня или одну неделю удалите сепараторы и очистите крупный мусор простой пемзой, затем промойте (рис. 3a, 3b и 4).

Защитите дыхательные пути пациента, слегка приподняв ребенка, накиньте марлю 4×4 на заднюю часть горла и / или используйте свернутый кусок липкой медицинской ленты, чтобы прикрепить SSC к пальцу в перчатке.

Выберите коронку и обожмите или отрегулируйте по мере необходимости, чтобы получить «защелкивающуюся» посадку и хорошую краевую адаптацию (рис.5а – в).

Заполните коронку высококачественным стеклоиономерным или модифицированным смолой стеклоиономерным цементом (рис. 6a – 6c).

Сильно надавив на коронку пальцем, установите коронку или воспользуйтесь прикусной палочкой и попросите пациента помочь, надавив на ватный тампон (рис. 7).

Удалите излишки цемента влажной марлей, разбрызгиванием воды и очистив контакты зубной нитью (рис. 8a и 8b).

Прикус пациента может быть слегка приоткрыт примерно на 1 мм и в течение следующих одной-двух недель он саморегулируется за счет проникновения корончатого зуба и противоположного зуба, а также чрезмерного разрушения соседних зубов 7–8 (рис.9 и 10а – 10в).

Противоречие

В США по-прежнему существуют некоторые разногласия относительно этой техники, часто возникающие из-за недостаточной осведомленности о данных рандомизированных контрольных испытаний коронок Холла или систематических обзоров и метаанализов, которые продемонстрировали, что полное удаление кариеса не является необходимым для лечения кариеса. 9–10 Члены международного сотрудничества по консенсусу по кариесу, доктора. Иннес, Френкен и Швендике подытожили это лучше всего в своей статье 2016 года:

«Отказ следовать новым данным не ограничивается дантистами, которые« не в курсе », не занимаются непрерывным профессиональным развитием или практикуют много лет; в некоторых странах и некоторых школах новых стоматологов все еще учат удалять всю инфицированную кариозную ткань, и фактически невозможно сдать профессиональные экзамены, не продемонстрировав этого.Причины, лежащие в основе этой неспособности воплотить доказательства в клиническую практику, многочисленны и сложны.

«Не знаю» может быть из-за общего незнания (возможно, из-за соответствующего образовательного вмешательства) или из-за более проблематичного умышленного незнания, когда субъект предпочитает не узнавать больше о теме (возможно, потому что это бросает вызов его или ее текущему верований) ». 11

Общая картина

Хотя метод Холла подходит не каждому пациенту и не каждому зубу, это процедура, основанная на фактических данных, которая является чрезвычайно выгодным вариантом для лечения тяжелого кариеса в раннем детстве.Этот минимально инвазивный подход позволяет поставщику услуг расширить доступ к медицинской помощи и улучшить качество обслуживания пациентов при одновременном снижении затрат и рисков.


Список литературы
1. Innes NP, et al. Техника зала 10 лет спустя: вопросы и ответы. Бр Дент Дж. 24 марта 2017 г .; 222 (6): 478-483. DOI: 10.1038 / sj.bdj.2017.273.
2. Иннес Н. П., Эванс Д. Дж. П., Стремена Д. Пломбирование кариеса молочных моляров; рандомизированное контрольное исследование, результаты за 5 лет. J Dent Res 2011; 90: 1405-1410.
3.Сантамария Р. М., Иннес Н. П., Мачюльскиен В., Эванс Д. Дж. П., Сплит С. Х. Стратегии лечения кариеса первичных моляров: результаты 1-летнего рандомизированного контрольного исследования. J Dent Res 2014; 93: 1062–1069.
4. Нарбутайте Дж., Мацюльскиене В., Сплит К. Х., Иннес Н. П. Т., Сантамария Р. М. Приемлемость трех различных методов лечения кариеса первичных моляров среди детей Литвы. 12-й Конгресс Европейской академии детской стоматологии «Страсть к детской стоматологии»
5. Депутат Араужо, И. К. Олегарио, Д. Гессен, Н. П. Иннес, С. К. Бонифачо, Д. П. Раджио.ВРТ по сравнению с техникой Холла при первичных молярах: 1-летняя выживаемость и анализ затрат РКИ ORCA Резюме номер 86. Caries Res 2017; 51: 330 DOI: 10.1159 / 000471777
6. Людвиг К. Х., Фонтана М., Винсон Л. А., Платт Дж. А., Дин Дж. А. Успех коронок из нержавеющей стали, установленных методом Холла. JADA 2014; 145: 1248-1253.
7. Ван дер Зи В., ван Амеронген В. Э. Влияние преформированных металлических коронок (техника Холла) на окклюзионный вертикальный размер молочного зубного ряда. Eur Arch Pediatr Dent 2010; 11: 225-227.
8. Так Д., Эванс Д. Дж., Борри Ф и др., Измерение окклюзионного равновесия после установки коронки Холла. J Dent Res 2015; 94 (Спецификация, выпуск A). Выписка № 0080; 2015. IADR, Бостон, США.
9. Томпсон В. и др. Лечение глубоких кариозных поражений полным или частичным удалением: критический обзор. J Am Dent Assoc. 2008 июнь; 139 (6): 705-12.
10. Ricketts D., et al. Оперативное лечение кариеса у взрослых и детей. Кокрановская база данных Syst Rev., 28 марта 2013 г .; (3).
11. Innes N., et al. Не знаю, не могу, не изменится: препятствия на пути перехода знаний к действию при лечении кариозного поражения. J Dent Res 2016; Май; 95 (5): 485-6.


Техника Холла 10 лет спустя: ее влияние и влияние

Распространенность кариеса зубов у британских детей высока: 31% 5-летних и 46% 8-летних имеют явный опыт кариеса дентина. В 5-летнем возрасте у 4% были абсцессы и 5% зубов не подлежали восстановлению. 1 Невероятно, но более 66 000 молодых людей в Великобритании должны были пройти общий наркоз для лечения стоматологического заболевания в 2013–2014 годах. 2 Разрушение зубов является наиболее частой причиной применения общей анестезии в этой возрастной группе, и ее стоимость для NHS составляет около 34 миллионов фунтов стерлингов в год. Это национальный позор.

Даже если бы поведение и сотрудничество для лечения детей были идеальными, восстановление их зубов все равно было бы технически сложным упражнением из-за размера и морфологии молочных зубов. Если бы любой, кто лечит много детей, мог надеяться или мечтать о новом лечении стоматологических заболеваний у детей, которое могло бы принести успех там, где традиционные методы лечения не помогли, я бы предположил, что оно должно иметь следующие свойства:

  • В целом ребенку (и родителю) легче справиться с

  • Быстрее завершить

  • Не требует местной анестезии

  • Эффективность подтверждена рандомизированными контролируемыми исследованиями

  • Легко преподавать студентам и врачам общей практики.

«Техника Холла», впервые примененная практикующим стоматологом Норной Холл в ответ на огромное количество кариеса у детей, находящихся под ее опекой, впоследствии была использована и научно протестирована Эвансом, Иннесом и коллегами, делает именно то, что написано на банке. Он соответствует всем вышеупомянутым пяти пунктам. Мы не должны удивляться, потому что доктор Холл применила науку, которой ее учили в стоматологической школе, к ее конкретной проблеме.Были доступны научные доказательства того, что стеклоиономерные цементы связываются с эмалью и дентином, что бактерии, лишенные субстрата и запечатанные в штампике зуба, не вызывают прогрессирования кариеса, и что коронка является лучшим способом создания эффективного краевого уплотнения. Таким образом, техника Холла, в которой используются все эти три принципа, является поистине биологической техникой, основанной на нашем растущем научном понимании процесса кариеса.

Эванс, Иннес и его коллеги за последние десять лет предоставили нам высококачественные научные доказательства эффективности метода и, в частности, РКИ продолжительностью пять лет. 3 Не может быть никаких аргументов относительно его эффективности. Я разочарован на научных собраниях, когда коллеги, которые учат своих студентов оценивать литературу и решают относиться к ним соответствующим образом на основе доказательной базы, кажется, имеют избирательную слепоту, когда дело доходит до техники Холла. Они явно не практикуют то, что проповедуют. Можно также утверждать, что, игнорируя атрибуты техники Холла, они подвергают своих пациентов более длительному и сложному лечению, эффективность которого не доказана.

Недавняя работа Пейджа и его коллег 4 из Новой Зеландии подтвердила ранее сделанные в Великобритании выводы о высокой приемлемости этого метода для родителей и детей. 5 В новозеландском исследовании коронки были установлены стоматологами на первичных молярах с использованием смешанного подхода к дизайну исследования с использованием качественного и количественного анализа. Была проведена одна фокус-группа и проведено десять 30-минутных телефонных интервью с родителями детей. Для анализа качественных данных использовался индуктивный подход, и информация была разделена на несколько категорий в зависимости от возникших ключевых тем.Детей, которых лечили методом Холла, сразу после лечения спросили, понравилось ли им посещение клиники в тот день, и почти 90% ответили положительно. Были найдены общие темы в отношении внешнего вида, боли, процедуры и общих вопросов о приемлемости, но в целом, как родители, так и дети приняли эту технику.

Техника Холла была введена в учебную программу педиатрической стоматологии в стоматологических школах Великобритании до 2010 года, и в результате преподаватели клиники стали свидетелями повышения уверенности студентов и использования коронок из нержавеющей стали. 6 С аналогичным успехом он также преподается на курсах подготовки терапевтов-стоматологов. 7

Важно подчеркнуть, что техника Холла преподается как альтернатива традиционной подготовке, а не как основное лечение для всех пациентов. По-прежнему существуют клинические показания для установки коронок из нержавеющей стали, устанавливаемых обычным способом, и в специализированной практике сообщается об отличных результатах при продолжительности лечения в течение десяти лет, хотя и в серии случаев, а не в РКИ. 8,9 В одном недавнем ретроспективном исследовании в США оценивалась клиническая и радиографическая эффективность коронок из нержавеющей стали, используемых для восстановления первичных моляров с кариесными поражениями, установленных как традиционными методами (полное удаление кариеса и редукция зубов), так и методом Холла (нет. удаление кариеса, без препарирования коронки и без использования местного анестетика) и показали аналогичные показатели успеха. 10

Общие результаты количественных исследований с участием студентов-стоматологов и студентов-терапевтов заключаются в том, что техника Холла является приемлемой процедурой, дающей благоприятные впечатления от лечения оператору и пациенту.

Несмотря на положительный опыт применения техники Холла во время недавнего обучения в бакалавриате, есть свидетельства нежелания практикующих старшего возраста использовать ее на практике. Тем не менее, исследование Тейлора 11 показывает, как энтузиазм профессионального стажера использовать технику Холла (изученную во время учебы в бакалавриате) может привести к изменению восстановительной политики на практике.

Одна из часто используемых причин отказа от техники Холла заключается в том, что она увеличивает окклюзионные вертикальные размеры.Фактически, есть доказательства того, что окклюзия уравновешивается через 30 дней, и нет никаких доказательств каких-либо долгосрочных проблем. 12,13 Точно так же нет доказательств того, что предварительно отформованные металлические коронки, установленные без предварительного уменьшения зуба, будут иметь какое-либо влияние на будущие расстановки интервалов в развивающихся зубных рядах.

Техника Холла имеет огромное значение для детей, родителей и врачей в лечении кариеса молочных зубов. Это дало нам биологическое решение важной национальной и международной проблемы.

Наше законодательство о защите детей в Великобритании построено на пяти основных принципах, изложенных в Законе о детях 1989 года: 14

  • Благополучие ребенка превыше всего

  • Есть родительская «ответственность», а не «право»

  • Принцип «без заказа»

  • Судопроизводство без задержек

  • Корпоративная ответственность и партнерство между местными органами власти и между местными органами власти и другими организациями.

Три из этих принципов напрямую применимы к нашему обсуждению техники Холла. Благополучие ребенка превыше всего. Не следует оставлять кариес, который может вызвать боль и инфицирование молочных зубов. Техника Холла дает нам как клиницистам дополнительную технику в нашем арсенале для относительно атравматичного лечения. «Нет приказа» означает, что любое вмешательство, которое вы выполняете, не должно ставить ребенка в худшее положение, чем если бы вы не вмешались.Были представлены доказательства того, что техника Холла однозначно полезна для ребенка и не показала никаких вредных эффектов. Наконец, обязанность каждого стоматолога — помочь снизить нагрузку на детей и родителей, связанных с кариесом в области молочных зубов. Нам нужно быть более сильными защитниками Техники Холла. Недостаточно признать здравые научные принципы, на которых он основан, но пора «поверить» в его эффективность и использовать больше.

Компенсация окклюзии после техники Холла — Просмотр полного текста

Преформированная металлическая коронка (HTPMC), изготовленная методом Холла, используется для лечения разрушенных первичных моляров.Выбирается правильный размер и накладывается на зуб без удаления ткани. Побочным эффектом HTPMC является увеличение высоты зуба, изменение прикуса ребенка по вертикали, что приводит к преждевременному контакту с коронируемым зубом. Клинические испытания изучили это и измерили начальное и окончательное вертикальное изменение (после размещения HTPMC) и обнаружили, что вертикальный размер (VD) восстанавливается в течение нескольких недель. Они предполагают, что может существовать компенсаторный механизм, связанный с корончатым зубом / противоположным ему зубом.Ни в одном из этих испытаний не измерялось, сколько времени требуется окклюзии, чтобы вернуться в состояние до коронки, просто наблюдая в удобное время для последующего наблюдения, что это происходит. Также не проводилось расследования механизмов, с помощью которых происходит компенсация.

Пилотное испытание было проведено в Dundee Dental School (DDS) в 2013 году, чтобы найти лучший и наиболее воспроизводимый метод измерения изменения ВД после размещения HTPMC. Было проведено сравнение 4 различных подходов: прямое клиническое измерение; клинические фотографии; прямое измерение моделей изучения камня и цифровое вычитание 3D-моделей, показывающее, что наиболее надежным методом измерения различий в VD было цифровое вычитание 3D-моделей.Этот метод мог определить, вернулась ли окклюзия к своему состоянию до коронки относительно прикуса, а также дать указание на соответствующие временные рамки для оценки этого разрешения.

Это предварительные результаты, и экспериментальное исследование было разработано для руководства будущими исследованиями. На момент проведения этого пилотного исследования не было ранее достоверных данных относительно оценки ВД и его эффектов. Размер случайной выборки был выбран, чтобы дать представление о построении будущего расчета мощности для будущих исследований.Исследователи хотели бы продолжить эту пилотную работу и провести полное исследование с привлечением детей, которым назначен HTPMC во время обычных посещений в DDS.

Понимая, где происходит окклюзионная компенсация во рту после установки HTPMC и сколько времени это происходит, можно предоставить родителям более точную информацию о том, чего ожидать после лечения, поддерживая совместное планирование лечения и принятие решений в отношении стоматологической помощи. ребенка.Кроме того, если требуется более одной коронки, можно более точно спланировать планирование лечения, чтобы в будущем лечение проводилось в оптимальное время.

Это проспективное наблюдательное когортное исследование с участием детей, проходящих лечение в стоматологической больнице и школе Данди. Исследование включает в себя дополнительные измерения у детей, у которых уже запланировано лечение, которое включает HTPMC (коронку на разрушенный зуб).

В рамках этого исследования не будет никаких вмешательств или инвазивных процедур.В качестве дополнительной процедуры, характерной для данного исследования (не включенной в стандартное лечение), участникам будут сделаны слепки зубов для сравнения до и после установки HTPMC (сразу после лечения и через 2, 4, 6 и 8 недель последующего наблюдения). ) состояние их ртов. Оттиски зубов — это обычная процедура, которую дети регулярно проходят для ортодонтического лечения или изготовления каппы для занятий спортом.

Детям, у которых установлен HTPMC, не будет сниматься зубной слепок до и после установки HTPMC или при последующих посещениях в рамках стандартного ухода.

Поскольку цель состоит в том, чтобы отслеживать изменения, которые происходят во рту у детей, исследователи собираются использовать эти дополнительные процедуры по снятию зубных слепков для анализа в цифровом виде (путем создания 3D-сканирования моделей исследования камней). Это позволит нам увидеть, сколько времени требуется, чтобы вертикальное измерение детей вернулось к состоянию до лечения, и какие изменения происходят во рту после установки HTPMC.

Приемлемость методики и результаты через 23 месяца

BMC Oral Health 2007, 7:18 http: // www.biomedcentral.com/1472-6831/7/18

Страница 21 из 21

(номер страницы не для цитирования)

15. Randall RC, Vrijhoef MM, Wilson NH: Эффективность предварительно отформованных металлических коронок

по сравнению с амальгамой Реставрации первичных моляров: систематический обзор

. J Am Dent Assoc 2000, 131 (3): 337-343.

16. Робертс Дж. Ф., Аттари Н., Шерифф М.: Выживаемость реставраций с модифицированной смолой из стекла иономера

и коронок из нержавеющей стали на первичных

молярах, помещенных в специализированную педиатрическую стоматологическую практику

.Br Dent J 2005, 198 (7): 427-431.

17. SDPB: Trinity Park House E. Совет стоматологической практики Шотландии

Годовой отчет за 2001/2002 гг. [http://www.sdpb.scot.nhs.uk

].

18. Threlfall AG, Pilkington L, Milsom KM, Blinkhorn AS, Tickle M: ​​Gen-

Взгляды практикующих стоматологов на использование коронок из нержавеющей стали

для восстановления первичных моляров. Br Dent J 2005,

199 (7): 453-455.

19. Maggs-Rapport FL, Treasure ET, Chadwick BL: Community dental

Использование и знание сотрудниками

методов восстановления первичных

моляров: аудит двух трастов в Уэльсе.Int J Paediatr

Dent 2000, 10 (2): 133-139.

20. Рошан Д., Керзон М.Э., Фэйрпо К.Г.: Изменения во взглядах стоматологов

и практике в детской стоматологии. Eur J Paediatr Dent 2003,

4 (1): 21-27.

21. Blinkhorn A, Zadeh-Kabir R: Стоматологическая помощь ребенку, страдающему от боли —

сравнение вариантов планирования лечения, предлагаемых GDPs

в Калифорнии и на северо-западе Англии. Int J Paediatr Dent

2003, 13 (3): 165-171.

22. Rahimtoola S, van Amerongen E, Maher R, Groen H:

боли связаны с различными способами минимального вмешательства при лечении

небольших поражений кариеса. ASDC J Dent Child 2000, 67 (2): 123-7, 83.

23. van Bochove JA, van Amerongen WE: Влияние восстановительных методов лечения и использования местной анальгезии, на

детский дискомфорт. Eur Arch Paediatr Dent 2006,

7 (1): 11-16.

24. Schriks MC, van Amerongen WE: Атравматические перспективы

ART: психологические и физиологические аспекты лечения

с вращающимися инструментами и без них.Community Dent Oral Epi-

demiol 2003, 31 (1): 15-20.

25. Иннес Н.П., Стиррупс Д.Р., Эванс Д.Д., Холл Н., Леггейт М.: Новая технология

nique с использованием предварительно отформованных металлических коронок для лечения кариозных

первичных моляров в общей практике — ретроспективный анализ.

Br Dent J 2006, 200 (8): 451-4; обсуждение 444.

26. Evans DJP, Southwick CAP, Foley JI, Innes NP, Pavitt SH, Hall N: Техника

Hall: экспериментальное испытание нового использования преформированных металлических коронок

для лечения кариозных молочных зубов.2000 [http: //

www.scottishdental.org/pbrn/research/papers/rt03.htm].

27. Мюррей П.Е., Смит А.Дж., Виндзор Л.Дж., Майор И.А.: Оставшаяся толщина денина

и реакции пульпы человека. Int Endod J 2003,

36: 33-43.

28. Рикеттс Д.Н., Кидд Е.А., Иннес Н., Кларксон Дж .: Полное или ультракон-

сервативное удаление разрушенной ткани незапломбированных зубов.

Кокрановская база данных Syst Rev 2006, 3: CD003808.

29. Straffon LH, Dennison JB: Клиническая оценка сравнения герметика

и амальгамы через 7 лет: окончательный отчет.J Am Dent Assoc 1988,

117 (6): 751-755.

30. Хендельман С.Л., Леверетт Д.Х., Эспеланд М.А., Керзон Дж.А.: Клиническая ради-

графическая оценка герметичных кариозных и здоровых поверхностей зубов

лиц. J Am Dent Assoc 1986, 113 (5): 751-754.

31. Департамент здравоохранения: НИОКР в области первичной медико-санитарной помощи: Национальная рабочая группа —

Отчет группы (Mant Report). Лондон, Департамент здравоохранения

; 1997.

32. Департамент здравоохранения: Стратегический обзор НИОКР NHS: Первичная помощь

.Отчет тематической рабочей группы (отчет Clarke

). Лондон, Министерство здравоохранения; 1999.

33. Pitts NB, Nugent ZJ, Smith PA: Scottish Health Boards ‘Dental

Эпидемиологическая программа (SHBDEP) Отчет об обследовании детей 5 лет

–2000 за 1999 год. 2000 [http: //www.dun

dee.ac.uk/dhsru/publications/shbdep99/]. Университет Данди

34. Эванс Д.П., Мэтьюз С., Питтс Н.Б., Лонгботтом С., Ньюджент З.Дж.: Клиническая оценка эрбиевого лазера: YAG для препарирования полости зуба

.Br Dent J 2000, 188 (12): 677-679.

35. Берк Ф. Дж., Маккорд Дж. Ф .: Исследования в общей стоматологической практике —

проблемы и решения. Br Dent J 1993, 175 (11-12): 396-398.

36. Джонс К.С., Биллингтон Р.В., Пирсон Г.Дж.: преимущества и недостатки

преимуществ проведения клинических испытаний в общей практике. Br

Dent J 2004, 197 (6): 311-313.

37. Рики Д: Будущее стоматологии — революция доказательств. Br

Dent J 1998, 184 (6): 262-263.

38. Иннес Н. П., Эванс Д. Д., Кларксон Дж. Э., Фоли Дж. И.: Получение доказательной базы

для клинической стоматологии посредством клинических испытаний. Prim Dent Care

2005, 12 (3): 91-96.

39. Холмс Р.Д., Гирдлер Н.М.: исследование для оценки обоснованности клинического суждения

при определении детской стоматологической тревожности и результатов лечения, связанных с

. Int J Paediatr Dent 2005,

15 (3): 169-176.

40. Макдауэлл Э. Х., Бейкер И. М.: Скелетно-зубные адаптации в глубокой коррекции прикуса

.Am J Orthod Dentofacial Orthop 1991,

100 (4): 370-375.

41. al-Sehaibany F, White G: Эффект повышения прикуса на длине

ветви нижней челюсти в первичном переднем прикусе

перекрестный прикус: клинический случай. J Clin Pediatr Dent 1996, 21 (1): 21-26.

42. Лютер Ф: ВНЧС и окклюзия, часть II. Будь проклят, если мы этого не сделаем?

Функциональные окклюзионные проблемы: эпидемиология ВНЧС в более широком контексте

. Br Dent J 2007, 202 (1): E3; обсуждение 38-E3; Обсуждение 39.

43. Садовский С., Беголе Е.А.: Долгосрочное состояние височно-нижнечелюстного сустава

Функция локтевого сустава и функциональная окклюзия после ортодонтического лечения

. Am J Orthod 1980, 78 (2): 201-212.

44. Дуггал М., День П: Оперативное лечение кариеса в первичном зубном ряду

.

В детской стоматологии 3-е издание. Под редакцией:

Welbury. Оксфорд, издательство Оксфордского университета; 2005: 149-166.

45. Duggal MS, Nooh A, High A: Ответ первичной пульпы на воспаление

: обзор исследований Лидса и проблемы

на будущее.Eur J Paediatr Dent 2002, 3 (3): 111-114.

46. Nooh AM: Взаимосвязь между степенью кариозного

поражения краевого гребня и воспалением пульпы в

молочных зубах. стр.76. В детской стоматологии Лидс, Университет

Лидса; 1998.

47. Фарук Н.С., Колл Дж. А., Кувабара А., Шелтон П.: Показатели успешности мокрезольной пульпотомии

и непрямой терапии пульпы при лечении глубокого кариеса дентина молочных зубов.Педиатр Дент

2000, 22 (4): 278-286.

48. Gruythuysen RJ, Weerheijm KL: Пульпотомия гидроксидом кальция

светоотверждаемым материалом для герметизации полости через два года.

ASDC J Dent Child 1997, 64 (4): 251-253.

49. Гельманн М., Фэйр Дж., Бимштейн Э: постоянные и временные реставрации

после экстренной пульпотомии первичных

моляров. Педиатр Дент 2005, 27 (6): 478-481.

50. Холан Г., Фукс А.Б., Кетлз Н.: Показатель успешности применения пульпита из формокрезола —

омия при восстановлении первичных моляров коронкой из нержавеющей стали по сравнению с амальгамой

.Педиатр Дент 2002, 24 (3): 212-216.

51. Щекотка М., Милсом К., Кинг Д., Кирни-Митчелл П., Блинкхорн А:

Судьба кариозных молочных зубов у детей, которые регулярно

посещают стоматологическую службу общего профиля. Br Dent J 2002,

192 (4): 219-223.

52. Chadwick B., Evans DJP: Реставрация полостей класса II в первичных коренных зубах

обычными и модифицированными смолой стеклянными иономерными цементами

: систематический обзор литературы.Eur

Arch Paediatr Dent 2007, 8 (1): 14 -121.

53. Эрикссон А.Л., Паунио П., Исотупа К. Восстановление молочных

моляров ионными коронками: ретенция и последующее лечение-

. Proc Finn Dent Soc 1988, 84 (2): 95-99.

54. Goto G, Imanishi T, Machida Y: Клиническая оценка предварительно отформованной коронки

для временных зубов. Булл Токио Дент Колл 1970,

11 (3): 169-176.

55. Чедвик Б., Даммер П., Данстан Ф., др. :

Долговечность стоматологических

Реставрации.Систематический обзор. Национальная система здравоохранения

Центр обзоров и распространения отчетов 19. Йорк: Университет

, Йорк, 2001. Доказательная стоматология, 2002, 3 (4): 96-999.

56. Марш П.Д.: Зубной налет как микробная биопленка. Caries Res 2004,

38 (3): 204-211.

57. Фейерсков О., Кидд ЕАМ: Кариес зубов. Болезнь и ее

Клиническое лечение. Дания, Blackwell Munksgaard;

2003: 28 глава, с. 275-190.

История до публикации

С историей до публикации этой статьи можно ознакомиться

здесь:

http: // www.biomedcentral.com/1472-6831/7/18/prepub

Мозаичность кристаллов, определенная с помощью нового метода деконволюции слоев Уильямсона – Холла

Применение обычного анализа графика Вильямсона – Холла (WH) к кристаллам часто приводит к уширению, не пропорциональному вектору длины рассеяния. На расширение может влиять несколько причин, таких как неоднородность состава или деформации, кривизна пластины, анизотропия дислокаций и другие дефекты. В этой работе линеаризация графиков WH достигается с учетом предположения, что общий размер кристалла может быть разложен на конечное число слоев, каждый с постоянной толщиной, деформацией и мозаичным разбросом.Новый алгоритм линеаризации, метод деконволюции слоев WH (LdCWH), использует конечное число функций псевдо-Фойгта (PV) для каждого измерения. После этого он ищет возможные решения, изменяя коэффициенты PV до тех пор, пока значение r 2 обычного представления WH не превысит 0,999. Процедура поиска состоит из комбинации генетического алгоритма (GA) для случайного генерирования коэффициентов PV в заданном диапазоне и алгоритма Марквардта – Левенберга для одновременного согласования измеренных отражений с использованием коэффициентов PV в качестве входных данных.Возможные решения в дальнейшем позволяют оценить верхнюю и нижнюю границы мозаичности. Обычные графики WH и реализация LdCWH применяются к промышленному толстому слою AlGaN и массивным кристаллам α-MoO 3 и обсуждаются. Для первого полученные значения длины поперечной и перпендикулярной когерентности, угла наклона и неоднородной деформации составляют 616 ± 7 нм, 510 ± 10 нм, 0,069 ± 0,001 ° и 0,0345 ± 0,0002%, соответственно, в то время как для последнего длина вертикальной когерентности составляет 3883 ± 56 нм и гетерогенная деформация 0.Найдено 0556 ± 0,0002%. Обсуждается природа уширения пиков относительно интегральной ширины и полной ширины на полувысоте.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

Hall Process Production and Commercialization of Aluminium — National Historic Chemical Landmark

Ранние эксперименты Холла с алюминием

Холл прошел свой первый формальный курс химии в колледже.Ранее, под руководством и поддержкой Джеветта, он работал над химией алюминия и другими проектами в лаборатории Джуэтта и в своей собственной лаборатории дома. Он слушал лекцию Джеветта по химии алюминия, демонстрировал свой образец металла и предсказывал состояние, которое ожидало человека, который разработал экономичный метод извлечения алюминия из его оксидной руды. Однокурснику Холл заявил, что намеревается стать этим человеком.

После многих безуспешных экспериментов с химическими методами восстановления алюминиевых руд до металла Джеветт и Холл переключились на электрический ток, чтобы обеспечить необходимые мощные восстановительные условия.Чтобы получить электричество в студенческом городке в 1880-х годах, нужно было собирать батареи. Холл и Джеветт использовали ячейки Бунзена-Гроув, которые состоят из большого металлического цинкового электрода в растворе серной кислоты, который окружает пористую керамическую чашку, содержащую углеродный стержень, погруженный в концентрированную азотную кислоту. Сборка достаточного количества этих элементов, чтобы обеспечить достаточное количество электроэнергии для производства алюминия, была большой задачей. В конечном лабораторном процессе для получения одной унции алюминия использовалось около фунта цинковых электродов, отлитых вручную Холлом.

Холл провел первые эксперименты с электричеством в лаборатории Джеветта, когда он учился на старшем курсе 1884/85. Он приготовил фторид алюминия из опасной фтористоводородной кислоты в специальных свинцовых сосудах и пропустил ток через фторид алюминия, растворенный в воде. К сожалению, эта система вырабатывала только нежелательный газообразный водород и гидроксид алюминия на отрицательном электроде.

После окончания школы Холл продолжил работу в сарае за домом своей семьи. Он экспериментировал с расплавленными фторидными солями как безводными растворителями.Он знал, что фторидные соли имеют преимущество перед ранее изученными хлоридными солями, так как они не поглощают воду из воздуха. Холл знал об успехе Ричарда Гритцеля в получении металлического магния с помощью электрического тока в расплаве хлорида магния, о чем сообщалось в Scientific American в 1885 году.

Для работы с расплавом фторидных солей ему нужна была печь, способная производить и поддерживать более высокие температуры, чем угольная печь из его ранних экспериментов.Для этой цели Холл приспособил подержанную бензиновую печь для обогрева внутренней части обшитой глиной железной трубы. Несмотря на более высокую температуру этой печи, он не мог плавить фториды кальция, алюминия или магния. Фториды калия и натрия плавятся, но не растворяют полезные количества оксида алюминия.

Холл перешел к эксперименту с криолитом (фторид натрия и алюминия) в качестве растворителя. Он сделал криолит, обнаружил, что он плавится в его печи, и показал, что растворяет более 25% по весу оксида алюминия.Температура плавления криолита составляет 1000 ° C, что является исключительно высокой температурой для электрохимии. Он провел этот решающий эксперимент в начале февраля 1886 года и повторил его на следующий день для своей сестры Джулии.

Шесть дней спустя Холл впервые попытался получить металлический алюминий, пропустив электрический ток через раствор оксида алюминия в расплавленном криолите. Он погрузил электроды из графитовых стержней в огненный раствор в глиняном тигле и оставил ток на некоторое время. В присутствии Джулии он вылил расплав в сковороду и разбил остывшую массу, но не нашел алюминия.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *