Efek Hall negatif dan positif adiabatik

Dalam kawat pembawa arus yang ditempatkan dalam medan magnet, tegangan diinduksikan dengan arah tegak lurus terhadap arah arus listrik dan medan magnet. Fenomena munculnya tegangan seperti itu disebut efek Hall, dan tegangan yang diinduksi itu sendiri disebut tegangan Hall.

Pada tahun 1879, fisikawan Amerika Edwin Hall (1855-1938), saat mengerjakan disertasinya, menemukan efek yang menarik. Dia mengambil pelat emas tipis yang membawa arus searah dan meletakkannya di medan magnet yang tegak lurus dengan bidang pelat. Dalam hal ini, medan listrik tambahan muncul di antara tepi pelat. Belakangan, fenomena ini dinamai menurut nama penemunya. Efek Hall telah menemukan aplikasi yang luas: digunakan untuk mengukur induksi medan magnet (sensor Hall), serta untuk mempelajari sifat fisik bahan konduktif (menggunakan efek Hall, seseorang dapat menghitung konsentrasi pembawa arus dan tanda mereka).

Hall Modul Sensor Efek Arus ACS712 5A

Ada dua jenis pembawa arus listrik — pembawa positif yang bergerak dalam satu arah dan pembawa negatif yang bergerak dalam arah yang berlawanan.

Pembawa negatif yang bergerak ke arah tertentu melalui medan magnet mengalami gaya yang cenderung mengalihkan gerakannya dari jalur lurus. Pembawa positif yang bergerak ke arah yang berlawanan melalui medan magnet yang sama dibelokkan ke arah yang sama dengan pembawa negatif.

Sebagai hasil dari penyimpangan semua pembawa arus di bawah pengaruh gaya Lorentz ke sisi yang sama dari konduktor, gradien populasi pembawa terbentuk, dan di satu sisi konduktor jumlah pembawa per satuan volume akan lebih besar dari di sisi lain.

Gambar di bawah mengilustrasikan hasil keseluruhan dari proses ini ketika ada jumlah pembawa yang sama dari dua jenis.

Di sini, gradien potensial yang dihasilkan oleh dua jenis pembawa diarahkan satu sama lain, sehingga pengaruhnya tidak dapat dideteksi jika diamati dari luar. Jika pembawa dari satu jenis lebih banyak daripada pembawa jenis lain, maka gradien populasi pembawa menghasilkan potensi gradien Hall, akibatnya tegangan Hall yang diterapkan ke kawat dapat dideteksi.

Efek Hall negatif adiabatik. Jika hanya elektron yang merupakan pembawa muatan, maka gradien suhu dan titik gradien potensial listrik berlawanan arah.

Efek Aula Adiabatik. Jika hanya lubang yang merupakan pembawa muatan, maka gradien suhu dan titik gradien potensial listrik dalam arah yang sama

Jika arus melalui kabel di bawah pengaruh tegangan Hall tidak mungkin, maka antara oleh pasukan Lorentz dan melalui kesetimbangan tegangan Hall terbentuk.

Dalam hal ini, gaya Lorentz cenderung menciptakan gradien populasi pembawa di sepanjang kawat, sedangkan tegangan Hall cenderung mengembalikan distribusi populasi yang seragam di seluruh volume kawat.

Kekuatan (tegangan per satuan ketebalan) medan listrik Hall yang diarahkan tegak lurus terhadap arus d dan arah medan magnet ditentukan dengan rumus berikut:

Fz = KzVJ,

dimana K.z — Koefisien Hall (tanda dan nilai absolutnya dapat sangat bervariasi tergantung pada kondisi tertentu); B — induksi magnetik dan J adalah kerapatan arus yang mengalir dalam konduktor (nilai arus per satuan luas penampang konduktor).

Gambar menunjukkan selembar bahan yang menghantarkan arus kuat i ketika ujungnya dihubungkan ke baterai. Jika kita mengukur beda potensial antara sisi yang berlawanan, hasilnya nol, seperti yang ditunjukkan pada gambar di sebelah kiri. Situasi berubah ketika medan magnet B diterapkan tegak lurus terhadap arus dalam lembaran, kita akan melihat bahwa perbedaan potensial V3 yang sangat kecil muncul di antara sisi yang berlawanan seperti yang ditunjukkan pada gambar di sebelah kanan.

Istilah «adiabatik» digunakan untuk menggambarkan kondisi di mana tidak ada aliran kalor dari luar ke atau dari sistem yang ditinjau.

Ada lapisan bahan isolasi di kedua sisi kawat untuk mencegah aliran panas dan arus dalam arah melintang.

Karena tegangan Hall bergantung pada distribusi pembawa yang tidak merata, tegangan Hall hanya dapat dipertahankan di dalam tubuh jika energi disuplai dari beberapa sumber di luar tubuh.Energi ini berasal dari medan listrik yang menciptakan arus awal dalam zat tersebut. Dua gradien potensial ditetapkan dalam zat galvanomagnetik.

Gradien potensial awal didefinisikan sebagai kerapatan arus awal dikalikan dengan resistansi zat, dan gradien potensial Hall didefinisikan sebagai kerapatan arus awal dikalikan dengan koefisien Hall.

Karena kedua gradien ini saling tegak lurus, kita dapat mempertimbangkan jumlah vektornya, yang arahnya akan dibelokkan oleh beberapa sudut dari arah arus asli.

Sudut ini, yang nilainya ditentukan oleh rasio gaya medan listrik yang berorientasi ke arah arus dan medan listrik yang dihasilkan ke arah arus, disebut sudut Hall. Itu bisa positif atau negatif sehubungan dengan arah arus, tergantung pada pembawa mana yang dominan — positif atau negatif.

Sensor Kedekatan Efek Hall

Efek Hall didasarkan pada mekanisme pengaruh pembawa dengan salinitas dominan, yang bergantung pada sifat fisik umum zat penghantar. Untuk logam dan semikonduktor tipe-n, elektron adalah pembawa, untuk semikonduktor tipe-p - lubang.

Muatan pembawa arus dibelokkan ke sisi kawat yang sama dengan elektron. Jika lubang dan elektron memiliki konsentrasi yang sama, mereka menghasilkan dua tegangan Hall yang berlawanan. Jika konsentrasinya berbeda, maka salah satu dari dua tegangan Hall ini mendominasi dan dapat diukur.

Untuk pembawa positif, tegangan Hall yang diperlukan untuk menetralkan defleksi pembawa di bawah pengaruh gaya Lorentz berlawanan dengan tegangan yang sesuai untuk pembawa negatif. Pada logam dan semikonduktor tipe-n, tegangan ini bahkan dapat berubah tanda ketika medan luar atau suhu berubah.

Sensor Hall adalah perangkat elektronik yang dirancang untuk mendeteksi efek Hall dan mengubah hasilnya menjadi data. Data ini dapat digunakan untuk menghidupkan dan mematikan rangkaian, dapat diproses oleh komputer, dan dapat menimbulkan berbagai efek yang disediakan oleh produsen perangkat dan perangkat lunak.

Dalam praktiknya, sensor Hall adalah rangkaian mikro sederhana dan murah yang menggunakan medan magnet untuk mendeteksi variabel seperti pendekatan, kecepatan, atau perpindahan sistem mekanis.

Sensor hall bersifat non-kontak, yang berarti tidak perlu bersentuhan dengan elemen fisik apa pun.Mereka dapat menghasilkan sinyal digital atau analog, tergantung pada desain dan tujuannya.

Sensor efek hall dapat ditemukan di ponsel, perangkat GPS, kompas, hard drive, motor tanpa sikat, jalur perakitan pabrik, mobil, perangkat medis, dan banyak gadget Internet of Things.

Aplikasi Efek Hall: Sensor aula Dan Pengukuran besaran magnetik