Die Wirkung von Hall ist die Produktion eines Stromspannungsunterschieds (die Stromspannung von Hall) über einen elektrischen Leiter, der zu einem elektrischen Strom im Leiter und einer magnetischen Feldsenkrechte zum Strom querlaufend ist. Es wurde von Edwin Hall 1879 entdeckt.

Der Saal-Koeffizient wird als das Verhältnis des veranlassten elektrischen Feldes zum Produkt der aktuellen Dichte und des angewandten magnetischen Feldes definiert. Es ist eine Eigenschaft des Materials, von dem der Leiter gemacht wird, da sein Wert vom Typ, der Zahl und den Eigenschaften der Anklage-Transportunternehmen abhängt, die den Strom einsetzen.

Entdeckung

Die Wirkung von Hall wurde 1879 von Edwin Herbert Hall entdeckt, während er an seinem Doktorgrad an der Universität von Johns Hopkins in Baltimore, Maryland arbeitete. Seine Maße der winzigen Wirkung, die im Apparat erzeugt ist, den er verwendet hat, waren eine experimentelle Tour de Kraft, vollbracht 18 Jahre, bevor das Elektron entdeckt wurde.

Theorie

Die Saal-Wirkung geschieht wegen der Natur des Stroms in einem Leiter. Strom besteht aus der Bewegung von vielen kleinen Anklage-Transportunternehmen, normalerweise Elektronen, Löcher, Ionen (sieh Electromigration), oder alle drei. Wenn ein magnetisches Feld da ist, der zur Richtung der Bewegung nicht parallel ist, Anklagen zu bewegen, erfahren diese Anklagen eine Kraft, genannt die Kraft von Lorentz. Wenn solch ein magnetisches Feld fehlt, folgen die Anklagen ungefähr gerade, 'Gesichtslinie'-Pfade zwischen Kollisionen mit Unreinheiten, phonons usw. Jedoch, wenn ein magnetisches Feld mit einem rechtwinkligen Bestandteil angewandt wird, werden ihre Pfade zwischen Kollisionen gebogen, so dass bewegende Anklagen auf einem Gesicht des Materials anwachsen. Das verlässt gleiche und entgegengesetzte Anklagen ausgestellt auf dem anderen Gesicht, wo es eine Knappheit von beweglichen Anklagen gibt. Das Ergebnis ist ein asymmetrischer Vertrieb der Anklage-Dichte über das Saal-Element, das sowohl auf dem 'Gesichtslinie'-Pfad als auch auf dem angewandten magnetischen Feld rechtwinklig ist. Die Trennung der Anklage gründet ein elektrisches Feld, das der Wanderung der weiteren Anklage entgegensetzt, so wird ein unveränderliches elektrisches Potenzial für gegründet, so lange die Anklage fließt.

Es sollte bemerkt werden, dass in der klassischen Ansicht es nur Elektronen gibt, die sich in derselben durchschnittlichen Richtung beide im Fall vom Elektron oder Loch-Leitvermögen bewegen. Das kann das entgegengesetzte Zeichen der beobachteten Saal-Wirkung nicht erklären. Der Unterschied ist, dass Elektronen im des Wertigkeitsbandes gebundenen oberen entgegengesetzte Gruppengeschwindigkeit und Welle-Vektor-Richtung haben, wenn sie sich bewegen, der effektiv behandelt werden kann, als ob sich positiv beladene Partikeln (Löcher) in der entgegengesetzten Richtung zu diesem der Elektronen bewegt haben.

Für ein einfaches Metall, wo es nur einen Typ des Anklage-Transportunternehmens (Elektronen) gibt, wird die Saal-Stromspannung V durch gegeben

wo ich der Strom über die Teller-Länge bin, ist B das magnetische Feld, d ist die Tiefe (Dicke) des Tellers, e ist die Elektronanklage, und n ist die Anklage-Transportunternehmen-Dichte der Transportunternehmen-Elektronen.

Der Saal-Koeffizient wird als definiert

wo j die aktuelle Dichte der Transportunternehmen-Elektronen ist, und das veranlasste elektrische Feld ist. In SI-Einheiten wird das

Infolgedessen ist die Saal-Wirkung als ein Mittel sehr nützlich, entweder die Transportunternehmen-Dichte oder das magnetische Feld zu messen.

Eine sehr wichtige Eigenschaft der Saal-Wirkung ist, dass sie zwischen positiven Anklagen differenziert, die sich in einer Richtung und negativen Anklagen bewegen, die sich im Gegenteil bewegen. Die Saal-Wirkung hat den ersten echten Beweis angeboten, dass elektrische Ströme in Metallen durch bewegende Elektronen getragen werden, nicht durch Protone. Die Saal-Wirkung hat auch gezeigt, dass in einigen Substanzen (besonders P-Typ-Halbleiter) es passender ist, an den Strom als das positive "Loch"-Bewegen aber nicht die negativen Elektronen zu denken. Eine allgemeine Quelle der Verwirrung mit der Saal-Wirkung ist, dass Löcher, die sich nach links bewegen, wirklich Elektronen sind, die sich nach rechts bewegen, so erwartet man dasselbe Zeichen des Saal-Koeffizienten sowohl für Elektronen als auch für Löcher. Diese Verwirrung kann nur jedoch durch das moderne Quant mechanische Theorie des Transports in Festkörpern aufgelöst werden.

Es muss bemerkt werden, obwohl das die Beispielinhomogenität auf unechtes Zeichen der Saal-Wirkung, sogar im Ideal Konfiguration von van der Pauw von Elektroden hinauslaufen könnte. Zum Beispiel wurde positive Saal-Wirkung in zweifellos n-leitenden Halbleitern beobachtet.

Saal-Wirkung in Halbleitern

Wenn ein Strom tragender Halbleiter in einem magnetischen Feld behalten wird, erfahren die Anklage-Transportunternehmen des Halbleiters eine Kraft in einer Richtungssenkrechte sowohl zum magnetischen Feld als auch zum Strom. Am Gleichgewicht erscheint eine Stromspannung an den Halbleiter-Rändern.

Die einfache Formel für den Saal-Koeffizienten, der oben gegeben ist, wird komplizierter in Halbleitern, wo die Transportunternehmen allgemein sowohl Elektronen als auch Löcher sind, die in verschiedenen Konzentrationen da sein und verschiedenen mobilities haben können. Für gemäßigte magnetische Felder ist der Saal-Koeffizient

wo die Elektronkonzentration, die Loch-Konzentration, die Elektronbeweglichkeit, die Löcherbeweglichkeit und der absolute Wert der elektronischen Anklage ist.

Für große angewandte Felder hält der einfachere Ausdruck, der dem für einen einzelnen Transportunternehmen-Typ analog ist.

mit

Quant-Saal-Wirkung

Für ein zwei dimensionales Elektronsystem, das in einem MOSFET erzeugt werden kann. In Gegenwart von der großen magnetischen Feldkraft und niedrigen Temperatur kann man die Quant-Saal-Wirkung beobachten, die der quantization der Saal-Stromspannung ist.

Drehungssaal-Wirkung

Die Drehungssaal-Wirkung besteht in der Drehungsanhäufung an den seitlichen Grenzen einer Strom tragenden Probe. Kein magnetisches Feld ist erforderlich. Es wurde von M.I. Dyakonov und V.I. Perel 1971 vorausgesagt und experimentell mehr als 30 Jahre später sowohl in Halbleitern als auch in Metallen am kälteerzeugenden sowie bei Raumtemperaturen beobachtet.

Quant-Drehungssaal-Wirkung

Für Quecksilber telluride zwei dimensionale Quant-Bohrlöcher mit der starken Drehungsbahn-Kopplung, im magnetischen Nullfeld, bei der niedrigen Temperatur, ist die Quant-Drehungssaal-Wirkung kürzlich beobachtet worden.

Anomale Saal-Wirkung

In eisenmagnetischen Materialien (und paramagnetischen Materialien in einem magnetischen Feld) schließt der spezifische Saal-Widerstand einen zusätzlichen Beitrag ein, der als die anomale Saal-Wirkung bekannt ist (oder die außergewöhnliche Saal-Wirkung), der direkt von der Magnetisierung des Materials abhängt, und häufig viel größer ist als die gewöhnliche Saal-Wirkung. (Bemerken Sie, dass diese Wirkung nicht wegen des Beitrags der Magnetisierung zum magnetischen Gesamtfeld ist.), Obwohl ein gut anerkanntes Phänomen, es noch Debatte über seine Ursprünge in den verschiedenen Materialien gibt. Die anomale Saal-Wirkung kann entweder eine unwesentliche (Unordnungszusammenhängende) Wirkung wegen des von der Drehung abhängigen Zerstreuens der Anklage-Transportunternehmen oder eine innere Wirkung sein, die in Bezug auf die Phase-Wirkung von Berry im Kristallschwung-Raum (K-Raum) beschrieben werden kann.

Saal-Wirkung in ionisiertem Benzin

(Sieh elektrochemische Instabilität)

Die Saal-Wirkung in einem ionisierten Benzin (Plasma) ist von der Saal-Wirkung in Festkörpern bedeutsam verschieden (wo der Saal-Parameter immer der Einheit sehr untergeordnet ist). In einem Plasma kann der Saal-Parameter jeden Wert nehmen. Der Saal-Parameter, β, in einem Plasma ist das Verhältnis zwischen dem Elektron gyrofrequency, Ω, und der elektronschweren Partikel-Kollisionsfrequenz, ν:

wo

• e ist die elementare Anklage (etwa 1.6 × 10 C)
• B ist das magnetische Feld (in teslas)
• M ist die Elektronmasse (etwa 9.1 × 10 Kg).

Der Saal-Parameter schätzt Zunahmen mit der magnetischen Feldkraft.

Physisch werden die Schussbahnen von Elektronen durch die Kraft von Lorentz gebogen. Dennoch, wenn der Saal-Parameter niedrig ist, ist ihre Bewegung zwischen zwei Begegnungen mit schweren Partikeln (neutral oder Ion) fast geradlinig. Aber wenn der Saal-Parameter hoch ist, werden die Elektronbewegungen hoch gebogen. Der aktuelle Dichte-Vektor, J, ist nicht mehr colinear mit dem elektrischen Feldvektoren, E. Die zwei Vektoren J und E lassen den Saal, θ angeln, der auch den Saal-Parameter gibt:

Anwendungen

Saal-Untersuchungen werden häufig als Magnetometer verwendet, d. h. magnetische Felder zu messen, oder Materialien (wie Röhren oder Rohrleitungen) das Verwenden der Grundsätze der magnetischen Fluss-Leckage zu untersuchen.

Saal-Wirkungsgeräte erzeugen einen sehr niedrigen Signalpegel und verlangen so Erweiterung. Während passend, für Laborinstrumente waren die Vakuumtube-Verstärker, die in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts verfügbar sind, das Macht-Verbrauchen zu teuer, und für tägliche Anwendungen unzuverlässig. Es war nur mit der Entwicklung des integrierten Stromkreises der niedrigen Kosten, dass der Saal-Wirkungssensor passend für die Massenanwendung geworden ist. Viele Geräte haben jetzt verkauft, weil Saal-Wirkungssensoren tatsächlich beide der Sensor, wie beschrieben, oben plus ein hoher Gewinn-Verstärker des einheitlichen Stromkreises (IC) in einem einzelnen Paket enthalten. Neue Fortschritte haben weiter in ein Paket einen Konverter des Analogons-zu-digital und I²C (Zwischeneinheitliches Stromkreis-Nachrichtenprotokoll) IC für den Direktanschluss zu einem Eingabe/Ausgabe-Hafen eines Mikrokontrolleurs hinzugefügt.

Vorteile gegenüber anderen Methoden

Saal-Wirkungsgeräte, sind wenn passend paketiert, zu Staub, Schmutz, Schlamm und Wasser geschützt. Diese Eigenschaften machen Saal-Wirkungsgeräte besser für die Positionsabfragung als alternative Mittel wie optische und elektromechanische Abfragung.

Wenn Elektronen durch einen Leiter fließen, wird ein magnetisches Feld erzeugt. So ist es möglich, einen sich in Verbindung nichtsetzenden aktuellen Sensor zu schaffen. Das Gerät hat drei Terminals.

Eine Sensorstromspannung wird über zwei Terminals angewandt, und das dritte stellt eine Stromspannung zur Verfügung, die zum Strom proportional ist, der wird fühlt. Das hat mehrere Vorteile; kein zusätzlicher Widerstand (ein Rangieren, das für die allgemeinste aktuelle Abfragungsmethode erforderlich ist), muss in den primären Stromkreis eingefügt werden. Außerdem wird die Stromspannungsgegenwart auf der zu fühlenden Linie dem Sensor nicht übersandt, der die Sicherheit der Messausrüstung erhöht.

Nachteile im Vergleich zu anderen Methoden

Der magnetische Fluss von den Umgebungen (wie andere Leitungen) kann verringern oder das Feld erhöhen, das die Saal-Untersuchung vorhat, zu entdecken, die ungenauen Ergebnisse machend. Außerdem, da Saal-Stromspannung häufig auf der Ordnung von millivolts ist, kann die Produktion von diesem Typ des Sensors nicht verwendet werden, um Auslöser direkt zu steuern, aber muss stattdessen durch einen Transistor-basierten Stromkreis verstärkt werden.

Zeitgenössische Anwendungen

Saal-Wirkungssensoren sind von mehreren verschiedenen Herstellern sogleich verfügbar, und können in verschiedenen Sensoren wie rotierende Geschwindigkeitssensoren (Rad-Räder, Zahnrad-Zähne, Automobiltachometer, elektronische Zünden-Systeme), Flüssigkeitsströmungssensoren, aktuelle Sensoren und Druck-Sensoren verwendet werden. Allgemeine Anwendungen werden häufig gefunden, wo robust- und Contactless-Schalter oder potentiometer erforderlich sind. Diese schließen ein: elektrische airsoft Pistolen, Abzüge von electropneumatic paintball Pistolen, Go-Kart-Geschwindigkeitssteuerungen, kluge Kopfhörer und einige globale Positionierungssysteme.

Toroid-Saal-Wirkungsstrom-Wandler von Ferrite

Saal-Sensoren können magnetische Streufelder leicht einschließlich dieser der Erde entdecken, so arbeiten sie gut als elektronische Kompasse: Aber das bedeutet auch, dass solche Streufelder genaue Maße von kleinen magnetischen Feldern hindern können. Um dieses Problem zu beheben, werden Saal-Sensoren häufig mit der magnetischen Abschirmung von einer Art integriert. Zum Beispiel kann ein Saal-Sensor, der in einen Ferrite-Ring (wie gezeigt) integriert ist, die Entdeckung von Streufeldern durch einen Faktor 100 oder besser reduzieren (weil sich die magnetischen Außenfelder über den Ring aufheben, keinen restlichen magnetischen Fluss gebend). Diese Konfiguration stellt auch eine Verbesserung im Verhältnis des Signals zum Geräusch und den Antrieb-Effekten mehr als 20mal mehr als das eines bloßen Saal-Geräts zur Verfügung.

Die Reihe eines gegebenen feedthrough Sensors kann aufwärts und nach unten durch die passende Verdrahtung erweitert werden. Um die Reihe zu erweitern, um Ströme zu senken, können vielfache Umdrehungen der Strom tragenden Leitung durch die Öffnung gemacht werden. Um die Reihe zu höheren Strömen zu erweitern, kann ein Stromteiler verwendet werden. Der Teiler spaltet den Strom über zwei Leitungen von sich unterscheidenden Breiten und die dünnere Leitung, ein kleineres Verhältnis des Gesamtstroms tragend, führt den Sensor durch.

Der Grundsatz, die Zahl von windings zu steigern, den ein Leiter um den ferrite Kern nimmt, wird jede Umdrehung gut verstanden, die die Wirkung hat, den Strom unter dem Maß zu multiplizieren. Häufig werden diese zusätzlichen Umdrehungen durch eine Heftklammer auf dem PCB ausgeführt.

Schlüsselring-Klammer - auf dem Sensor

Eine Schwankung auf dem Ringsensor verwendet einen Spalt-Sensor, der auf die Linie festgeklammert wird, die das Gerät ermöglicht, in der vorläufigen Testausrüstung verwendet zu werden. Wenn verwendet, in einer dauerhaften Installation erlaubt ein Spalt-Sensor dem elektrischen Strom, geprüft zu werden, ohne den vorhandenen Stromkreis zu demontieren.

Analoge Multiplikation

Die Produktion ist sowohl zum angewandten magnetischen Feld als auch zur angewandten Sensorstromspannung proportional. Wenn das magnetische Feld durch ein Solenoid angewandt wird, ist die Sensorproduktion zum Produkt des Stroms durch das Solenoid und die Sensorstromspannung proportional. Da die meisten Anwendungen, die Berechnung verlangen, jetzt durch den kleinen (sogar winzig) Digitalcomputer durchgeführt werden, ist die restliche nützliche Anwendung in der Macht-Abfragung, die aktuelle Abfragung mit der Stromspannungsabfragung in einem einzelnen Saal-Wirkungsgerät verbindet.

Aktuelle Abfragung

Durch die Abfragung des Stroms, der einer Last und das Verwenden der angewandten Stromspannung des Geräts als eine Sensorstromspannung zur Verfügung gestellt ist, ist es möglich, die durch ein Gerät zerstreute Macht zu bestimmen.

Position und Bewegungsabfragung

Saal-Wirkungsgeräte, die in der Bewegungsabfragung und den Bewegungsgrenze-Schaltern verwendet sind, können erhöhte Zuverlässigkeit in äußersten Umgebungen anbieten. Da es keine bewegenden Teile gibt, die innerhalb des Sensors oder Magnets beteiligt sind, wird typische Lebenserwartung im Vergleich zu traditionellen elektromechanischen Schaltern verbessert. Zusätzlich können der Sensor und Magnet in einem passenden Schutzmaterial kurz zusammengefasst werden. Diese Anwendung wird in bürstenlosen Gleichstrommotoren verwendet.

Automobilzünden und Kraftstoffeinspritzung

Allgemein verwendet in Verteilern für das Zünden-Timing (und in einigen Typen der Kurbel und Steuerwelle-Positionssensoren für das Spritzenpulstiming, die Geschwindigkeitsabfragung, usw.) der Saal-Wirkungssensor wird als ein direkter Ersatz für die mechanischen in früheren Automobilanwendungen verwendeten Unterbrecherkontakte verwendet. Sein Gebrauch als ein Zünden-Timing-Gerät in verschiedenen Verteiler-Typen ist wie folgt. Ein stationärer dauerhafter Magnet und Halbleiter-Saal-Wirkungsspan werden neben einander bestiegen, der durch eine Luftlücke getrennt ist, den Saal-Wirkungssensor bildend. Ein Metallrotor, der aus Fenstern und Etiketten besteht, wird zu einer Welle bestiegen und eingeordnet, so dass während der Welle-Folge die Fenster und Etikette die Luftlücke zwischen dem dauerhaften Magnet und Halbleiter-Saal-Span durchführen. Das beschirmt effektiv und stellt den Saal-Span zum Feld des dauerhaften Magnets aus, das dazu jeweilig ist, ob ein Etikett oder Fenster obwohl der Saal-Sensor gehen. Zu Zünden-Timing-Zwecken wird der Metallrotor mehrere gleich-große Etikette und Fenster haben, die die Zahl von Motorzylindern vergleichen. Das erzeugt eine gleichförmige Quadratwelle-Produktion seit Ein/Aus-(Abschirmung und Aussetzung) Zeit ist gleich. Dieses Signal wird durch den Motorcomputer oder ECU verwendet, um Zünden-Timing zu kontrollieren. Viele Automobilsaal-Wirkungssensoren haben einen eingebauten inneren NPN Transistor mit einem offenen Sammler und niedergelegtem Emitter, bedeutend, dass aber nicht eine Stromspannung, die an der Saal-Sensorsignalproduktionsleitung wird erzeugt, der Transistor bei der Versorgung eines Stromkreises gedreht wird, um sich durch die Signalproduktionsleitung zu gründen.

Radfolge-Abfragung

Die Abfragung der Radfolge ist in Antiblockiersystemen besonders nützlich. Die Grundsätze solcher Systeme sind erweitert und raffiniert worden, um sich mehr zu bieten als Gleitfunktionen, jetzt erweiterte Fahrzeugberühren-Erhöhungen zur Verfügung stellend.

Elektrische Motorkontrolle

Einige Typen des bürstenlosen Gleichstromes elektrische Motoren verwenden Saal-Wirkungssensoren, um die Position des Rotors und Futters dass Information dem Motorkontrolleur zu entdecken. Das berücksichtigt genauere Motorkontrolle

Industrieanwendungen

Anwendungen für die Saal-Wirkungsabfragung haben sich auch zu Industrieanwendungen ausgebreitet, die jetzt Saal-Wirkungssteuerknüppel verwenden, um hydraulische Klappen zu kontrollieren, die traditionellen mechanischen Hebel durch die Contactless-Abfragung ersetzend. Solche Anwendungen schließen ein; Lastwagen, Tieflöffelbagger-Lader abbauend, Schneiden Kräne, Gräber, Heben usw.

Raumfahrzeugantrieb

Eine Saal-Wirkungsträgerrakete (HET) ist ein relativ niedriges Macht-Gerät, das verwendet wird, um ein Raumfahrzeug anzutreiben, sobald sie in Bahn oder weiter in den Raum kommen. Im HET werden Atome ionisiert und durch ein elektrisches Feld beschleunigt. Ein radiales magnetisches Feld, das durch Magnete auf der Trägerrakete gegründet ist, wird verwendet, um Elektronen zu fangen, die dann Bahn und ein elektrisches Feld wegen der Saal-Wirkung schafft. Ein großes Potenzial wird zwischen dem Ende der Trägerrakete gegründet, wo neutrales Treibgas gefüttert wird und der Teil, wo Elektronen erzeugt werden, so können im magnetischen Feld gefangene Elektronen nicht das Potenzial hinfallen, und sind so das äußerst energische Erlauben von sie, neutrale Atome zu ionisieren. Neutrales Treibgas wird in den Raum gepumpt und wird durch die gefangenen Elektronen ionisiert. Dann werden positive Ionen und Elektronen aus der Trägerrakete als ein quasineutrales Plasma vertrieben, Stoß schaffend.

Die Corbino Wirkung

Die Corbino Wirkung ist ein Phänomen, das die Saal-Wirkung einschließt, aber eine Metallprobe in der Form von der Scheibe wird im Platz eines rechteckigen verwendet. Wegen seiner Gestalt erlaubt die Scheibe von Corbino die Beobachtung von Saal-Wirkungsbasiertem magnetoresistance ohne die verbundene Saal-Stromspannung.

Ein radialer Strom durch eine kreisförmige Scheibe, die einer magnetischen Feldsenkrechte zum Flugzeug der Scheibe unterworfen ist, erzeugt einen "kreisförmigen" Strom durch die Scheibe.

Die Abwesenheit der freien Quergrenzen macht die Interpretation der Wirkung von Corbino, die einfacher ist als diese der Saal-Wirkung.

Siehe auch

• Kondensator
• Wirbel-Ströme
• Elementare Anklage
• Eric Fawcett
• Saal-Wirkungssensor
• Saal-Wirkungsträgerrakete
• Saal-Untersuchung
• Wirkung von Nernst
• Nernst-Ettinghausen Wirkung
• Quant-Saal-Wirkung
• Drehungssaal-Wirkung
• Thermalsaal-Wirkung
• Senftleben-Beenakker Wirkung
• Wandler
• Methode von Van der Pauw
• Ampere-Sekunde-Potenzial zwischen zwei aktuellen Schleifen, die in einem magnetischen Feld eingebettet sind
• Liste von Plasma (Physik) Artikel

Weiterführende Literatur

• Klassische Saal-Wirkung in der Abtastung von Tor-Experimenten:A. Baumgartner u. a. Phys. Hochwürdiger. B 74, 165426 (2006),

Links

Patente

• P. H. Craig, System und Apparat, der die Saal-Wirkung verwendet

Allgemeiner

• Interaktiver javanischer Tutorenkurs auf der Saal-Wirkung Nationales Hohes Magnetisches Feldlaboratorium
• Artikel Science World (wolfram.com).
• "Die Saal-Wirkung". nist.gov.
• Saal, Edwin, "Auf einer Neuen Handlung des Magnets auf Elektrischen Strömen". Amerikanische Zeitschrift der Mathematik vol 2 1879.
• Drehungssaal-Wirkung, die bei der Raumtemperatur entdeckt ist
• Saal-Wirkungsabfragung und Anwendung. Dokumentation von Honeywell auf der Saal-Wirkungsabfragung, dem Verbinden und den Anwendungen.
• Tisch mit Saal-Koeffizienten von verschiedenen Elementen am Zimmer temparature.