Что такое датчик холла

Принцип действия и типы

Использование сенсоров в различных устройствах (в планшете, в частности) объясняется их способностью реагировать на изменения поля и отключаться при закрытии магнитной крышки чехла. Благодаря этому свойству они устанавливаются и в стиральных машинах, позволяя контролировать скорость вращения барабана. Если выразиться простым языком – здесь датчик Холла используется как тахометр.

Историческая справка

Чтобы понять принцип работы этого элемента, потребуется небольшой экскурс в историю. В 1879 году американский физик Холл открыл интересное явление, связанное с поведением проводника с током в магнитном поле. Проверка показала, что если через помещенную между магнитами медную пластину пропускать ток, то на ее боковых гранях появляется разность потенциалов. Возникает закономерный вопрос: как проверить это напряжение в домашних условиях?

Оказалось, что на практике его можно измерить мультиметром или любым другим прибором, имеющим соответствующие пределы. То же самое можно сделать любым подходящим тестером или подобным ему прибором.

Подключение измерителя подтверждает то, что движущиеся электроны под действием магнитного поля отклоняются в сторону (перпендикулярно направлению их движения).

Важно! Величина этого отклонения или разность потенциалов пропорциональна «мощности» магнитов и силе тока через пластину. На этом основании Холл заключил, что такой проводник – хорошее средство для измерения магнитного поля

На данном эффекте основана работа особого чувствительного элемента, называемого датчиком Холла. Разобравшись с тем, как он работает в каждом конкретном устройстве, можно быть уверенным в окончательном усвоении его принципа действия

На этом основании Холл заключил, что такой проводник – хорошее средство для измерения магнитного поля. На данном эффекте основана работа особого чувствительного элемента, называемого датчиком Холла. Разобравшись с тем, как он работает в каждом конкретном устройстве, можно быть уверенным в окончательном усвоении его принципа действия.

Классификация

Важно понимать, какие бывают датчики Холла, и по какому принципу их принято классифицировать. По особенностям работы и тому для чего он нужен или по назначению, датчик Холла может иметь различные исполнения

Одна из разновидностей – аналоговые приборы, вырабатывающие на выходе непрерывный сигнал.

В отличие от них цифровой элемент имеет только два дискретных состояния («ноль» и «единица»). Эта разновидность прибора может быть униполярной или иметь биполярный тип. Первая из них срабатывает при обнаружении поля любой полярности и отключается при его исчезновении. То есть униполярный цифровой сенсор реагирует только на отсутствие или наличие магнитной напряженности. Рассмотренные особенности каждого из подвидов также помогают понять, что это такое – датчик Холла.

Униполярные сенсоры переключаются в «единицу» лишь при достижении полем порогового уровня и не способны определять его наличие при слабых напряженностях. Указанное свойство – существенный минус таких приборов, заметно ограничивающий сферу их применения. Биполярный датчик срабатывает с учетом полярности магнитного поля, одна из которых включает его, а другая – выключает.

Условное графическое обозначение приборов этого класса приведено на фото ниже:

Линейные датчики Холла

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку. Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого проводоа, например, токовые клещи

а также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально измеряемым параметрам магнитного поля.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Основные этапы измерения подвижности с использованием методов эффекта Холла

Холловская подвижность µH определяется по известной формуле:

В данной формуле присутствуют две величины, которые непосредственно определяются с помощью электрофизических измерений: напряжение Холла V_H и удельное сопротивление измеряемого образца ρ. (Значения индукции магнитного поля B, ток приложенный к образцу I и толщина образца t исследователь, как правило, знает перед измерениями).

Первым шагом в определении подвижности носителей является измерение напряжения Холла (V_H) путем создания как магнитного поля, перпендикулярного образцу, так и тока через образец. Комбинация тока (I) и магнитного поля (B) вызывает поперечный ток, формирующий Холловское напряжение (V_H) на противоположных контактах.

Второй шаг – это измерение удельного сопротивления ρ, которое можно определить с помощью четырехточечного зонда или метода измерения Ван дер Пау.

Поскольку напряжения Холла обычно довольно малы (милливольты или меньше), как и измеренное удельное сопротивление Ван дер Пау, правильные методы измерения и усреднения критически важны для получения точных результатов подвижности при использовании этой формулы.

Подробно алгоритм и последовательность измерений и вычислений описаны в отраслевых стандартах, например, ГОСТ 25948-83 «Арсенид галлия и фосфид галлия монокристаллические. Измерение удельного электрического сопротивления и коэффициента Холла».

На сайте Национального института стандартов и технологий (NIST) Министерства торговли США также приведен подробный алгоритм Холловских измерений (включая метод Ван дер Пау) и даже стандартная форма отчета (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Заполненная типовая стандартная форма NIST для измерений Холла/Ван дер Пау

Рассмотрим данный алгоритм подробнее. На рисунке 2 показаны конфигурации измерения как напряжения на эффекте Холла, так и измерения удельного сопротивления Ван дер Пау. Хотя эти конфигурации измерения очень похожи, поскольку оба используют четыре контакта, и оба измерения включают в себя генерацию тока и измерение напряжения, при измерении на эффекте Холла ток прикладывается к противоположным узлам образца, а затем измеряется напряжение на других противоположных узлах, поэтому сила и точки контакта измерения переплетаются, а напряжение для полупроводников обычно составляет около kT/q, что составляет около 25 милливольт (но может быть и намного ниже). Напротив, для измерений удельного сопротивления по Ван дер Пау, ток принудительно подается на соседние узлы, а затем напряжение измеряется на противоположных соседних узлах, так что все, что принудительно и измеряется, находится на ближайших контактах; в этом случае напряжение может быть намного выше 20 милливольт. Напряжения могут быть в диапазоне от милливольт для материалов с низким удельным сопротивлением до 100 вольт для изоляционных материалов с очень высоким удельным сопротивлением. Другим важным отличием является то, что при измерении Ван дер Пау магнитное поле отсутствует, тогда как при измерении эффекта Холла приложено поперечное магнитное поле.

Чтобы получить результаты с высокой степенью достоверности, рекомендуемый метод включает комбинацию изменения полярности тока источника, подключения дополнительных клемм и изменения направления магнитного поля. Выполняются восемь измерений эффекта Холла и восемь измерений Ван дер Пау (рисунок 2 и рисунок 3). Если показания напряжения при каждом измерении существенно различаются, рекомендуется перепроверить испытательную установку, чтобы найти потенциальные источники ошибок.

Рисунок 2. Вычислите напряжение Холла с током положительной и отрицательной полярности и с магнитным полем как вверх, так и вниз, и с двумя показанными конфигурациями. Затем усредните все напряжения

Рисунок 3. Вычисление среднего удельного сопротивления (ρ) с помощью нескольких измерений Ван дер Пау. Выполняется 4 дополнительных измерения сопротивления при обратной полярности тока источника в каждой из показанных конфигураций. Если RA = RB, то R упрощается до pRA / ln (2)

Теория за принципом эффекта Холла

Прежде всего мы должны понять, что такое электрический ток. Электрический ток — это в основном поток заряженных частиц через проводящий путь. Эти заряженные частицы могут быть «отрицательно заряженными электронами» или даже «положительно заряженными отверстиями» (пустоты, в которых должны находиться электроны). Теперь давайте перейдем к теме.

Если мы возьмем тонкую проводящую пластину (как показано выше на рис. 1 и повторено ниже для простоты считывания) и подключим ее к цепи с батареей (источником напряжения), то ток начнет течь по ней. Носители заряда будут течь по прямой линии от одного конца пластины к другому.

Поскольку носители заряда находятся в движении, они будут создавать магнитное поле. Теперь, когда вы поместите магнит рядом с пластиной, его магнитное поле будет искажать магнитное поле носителей заряда. Это расстроит прямой поток носителей заряда. Сила, которая нарушает направление потока носителей заряда, называется силой Лоренца.

Из-за искажения в магнитном поле носителей заряда отрицательные заряженные электроны будут отклоняться на одну сторону пластины, а положительные заряженные дыры — на другую сторону. Вот почему разность потенциалов (также называемая напряжением Холла) будет генерироваться между обеими сторонами пластины, что можно измерить с помощью измерителя.

Этот эффект известен как эффект Холла. Чем сильнее магнитное поле, тем больше электронов будет отклоняться. Это означает, что чем выше ток, тем больше электронов будет отклоняться. И чем больше будут отклоняться электроны, тем больше будет разность потенциалов между обеими сторонами пластины. Поэтому мы можем сказать, что:

Как проверить датчик Холла в трамблере?

Распространённый
способ проверки — имитирование наличия датчика. Это самый эффективный способ. Он
подходит при наличии электричества на узлах системы зажигания и при полном
отсутствии искры.

Для
проверки с трамблера демонтируем колодку для подключения штекеров. Потом
активируем зажигание машины и при помощи небольших кусочков проволоки замыкаем
выходы 2 и 3. Если есть искра на среднем проводе катушки зажигания, значит,
датчик приказал долго жить. Для выявления образования искры высоковольтную
проводку располагаем рядом с массой.

Прозвонить мультиметром

Надо
замерить напряжение, которое сформировалось на выходе контроллера. При
исправности прибора напряжение будет в пределах 20 вольт.

Прежде
всего придется вынуть чехольчик с колодки, подведенной к трамблеру. Далее
действуем так:

• демонтируем основной
  экранированный провод с распределителя;
• подсоединяем его к массе
  (для предотвращения риска случайного появления разряда);
• активируем зажигание;
• снимаем распределительную
  колодку;
• мультиметр ставим в
  положение ПТ 20 В;
• минусовой щуп присоединяем
  к массе;
• плюсовой нам
  потребуется для замера напряжения.

На
трамблерной колодке 3 разноцветных провода. На красном напряжение должно быть в
районе 12 В. Такое же значение — норма и для зеленого провода. А вот на белом
оно должно равняться нулю. Если прибор в звуковом режиме, при касании щупом
белого провода появится звон. Это свидетельство нормального соединения провода
с массой.

Так
мы убедились в наличии всех импульсов на ДХ. Теперь берем приготовленные
заранее небольшие гвоздики и вставляем их: один — в зеленый (средний) провод, другой
— в белый (масса). Колодку монтируем в трамблер. Гвоздики выполняют роль
проводников. Дело в том, что с другой стороны колодки контактная база
отсутствует, а оголять проводку нельзя. Плюсовой щуп подносим к среднему проводу,
минус — к массе. Прибор должен показывать 11.2 В (примерное значение). Проворачиваем
коленвал. Если в нижней точке показания будут соответствовать 0,02 В, а в
верхней 11,8 В — это норма. Значительные отклонения от этих показаний говорят о
проблеме.

Другие способы

Если
симптомы неисправности датчика Холла не убедили вас, что проблема именно в нем,
можно попробовать измерить сопротивление на датчике. Здесь самому придется
выступить в роли конструктора и сделать прибор, составляющие детали которого:

• резистор в 1 кОм;
• светодиод;
• проводка.

К
одной ножке светодиода паяем сопротивление, к нему — 2 проводка. Длину
проводков выбираем самостоятельно — так, чтобы было удобнее работать. Демонтируем
крышку распределителя, отключаем штекерный узел и трамблер. Затем диагностируем
электроцепь. Для этого вольтметр подсоединяем к 1 и 3 клеммам, активируем
зажигание авто. Если узел работает правильно, на экране появится значение —
10-12 вольт.

Затем
сделанный для измерения прибор подсоединяем к тем же клеммам. Светодиод обязательно
загорится при верном выборе полярности. Если этого не происходит, провода надо
поменять местами. Дальше действуем так:

• подключенный к первой
  клемме провод оставляем в покое;
• третью клемму перебрасываем
  на вторую;
• прокручиваем
  распредвал (вручную или при помощи стартера).

Принцип
прост: если при прокручивании вала светодиод мигает — значит, все работает и
сенсор в порядке. Проверка датчиков на разных моделях машин производится по
одной схеме.

Также
можно попросить знакомых одолжить устройство, которое является заведомо
рабочим. Обратитесь к автолюбителям, на машинах которых стоят идентичные сенсоры.
Если проблемы пропали, это означает, что ДХ на вашем автомобиле неисправен.

Синфазное напряжение

Единица измерения напряжения

Датчики Холла нашли свое применение и в определении показателей тока при работах с высоким напряжением. Обычный усилитель измеряет разность между возникающим напряжением с обеих сторон резистора. Однако, они работают в весьма небольшом разбросе синфазности, т.е. такой прибор не будет работать правильно, потому что входные напряжения почти одинаковы, а разность между ними и напряжением земли очень большая. Диапазон таких напряжений для токизмерительных усилителей составляет от 80 до 100 ватт. А вот датчики Холла преобразовывают электроток в его напряжения, не связываясь с заземлением. Значит, при малом напряжении (физическое повреждение не наступает) напряжение синфазности не мешает датчикам Холла выполнять свои измерения.

Что такое эффект Холла, стало известно более 150 лет назад, однако применять его стали относительно недавно – в электротехнике в интегральных микросхемах датчиков Холла, обеспечивающих хорошую электроизоляцию, и даже в современных смартфонах (на основе этого эффекта работают электронные компасы).

Преимущества ДХ

Абсолютная работоспособность при малых размерах – это называют преимуществом ДХ. И действительно, устройство крохотного размера невероятно компактно, и его удается поместить в любом месте ДВС или другого автомобильного механизма.

Датчик холла моделирование

Помимо этого, ДХ стабилен в функционировании, не изменяет точность показаний при любых вращениях распредвала. Он корректно реагирует на любые изменения – таков его принцип. И стабильность ДХ проявляется не только в работе, но и в стабильности характеристик сигнала.

Безусловно, ДХ имеет и свои недостатки, на первое место среди которых выходит его чувствительность. Однако имеются и другие. Рассмотрим их подробнее.

• Помехи считаются главным врагом любого электромагнитного прибора. Не исключение и этот случай, ведь помех в автоэлектрической цепи более, чем достаточно.
• Стоимость хоть и низка, но по сравнению с ценой обычного магнитоэлектрического регулятора, выше.
• Нормальная функциональность ДХ зависит от электросхем, а последние часто могут иметь шаткие референции, что отрицательно скажется на корректность показаний.

Разновидности явления

По мере исследования эффекта был обнаружен ряд особенностей появления электрического поля, отличающий от классического понимания. Так, учёными были выявлены факторы, приводящие к появлению напряжения без пропускания через пластинку тока. Такие явления получили название:

• аномальное;
• квантовое;
• спиновое.

Для аномального эффекта необходимым условием является нарушение T-симметрии, то есть уравнений, описывающих физические законы при обращении времени. Наиболее часто этот эффект наблюдается в материалах, имеющих остаточную намагниченность (ферромагнетики).

Квантовое же отклонение возникает в квазидвумерном электронном газе, где пренебрегают кулоновским взаимодействием. В нём носители заряда обладают слабой связью с ионами кристаллической решётки. В такой системе работают законы квантовых теорий.

В 1971 году учёные Дьяконов и Перель, изучающие механизм спиновой релаксации, обнаружили, что перпендикулярно направлению линий электромагнитного поля наблюдается отклонение носителей зарядов, имеющих противоположные спины. Этот эффект был связан со спин-гальваническим рассеянием и взаимодействием между спиновыми и орбитальными магнитными моментам.

Вам это будет интересно Причины и последствия возникновения короткого замыкания

Ремонт и замена своими руками

При повреждении элементов конструкции ремонт датчика невозможен. Владельцу автомобиля необходимо поменять деталь на оригинальный сенсор или найти по справочникам либо каталогам аналог. Алгоритм установки нового датчика зависит от конструктивных особенностей автомобиля. Для выполнения работ нужен набор слесарного инструмента (гаечные ключи и отвертки). Процедура занимает 10–20 минут.

Чтобы заменить неисправный датчик положения распределительного вала, необходимо (на примере Lada Priora с 16-клапанным мотором):

1. Найти точку установки сенсора по электрической схеме или жгуту проводки, подведенному к передней крышке двигателя рядом со шкивом коленчатого вала.
2. Снять колодку проводки и отвернуть 2 болта, а затем аккуратно вынуть датчик из посадочного гнезда.
3. Осмотреть изделие. Если на корпусе имеются следы механического воздействия, снять пластиковый кожух и проверить состояние газораспределительного механизма. В противном случае установить новый сенсор, завернуть крепежные болты и подключить сигнальный кабель. При монтаже убедиться в наличии резинового уплотнителя.

Подобные требования обусловлены жесткими условиями эксплуатации (узлы работают в условиях перепадов температуры и подвергаются вибрационным нагрузкам). Циклы нагрева и охлаждения негативно влияют на полупроводники и способны разрушить пластиковый корпус. Вода или конденсат проникает в трещины и ускоряет выход датчика из строя.

Чтобы заменить датчик, нужно найти точку установки сенсора.

Для замены датчика в трамблере следует:

1. Отстегнуть защелки и снять крышку.
2. Установить метки на шкиве коленчатого вала и газораспределительного механизма.
3. Отвернуть болты крепления и снять распределитель зажигания для дальнейшей разборки.
4. Демонтировать неисправный датчик и произвести осмотр и обслуживание элементов конструкции.
5. Установить новый сенсор и произвести сборку в обратной последовательности.
6. Проверить работоспособность двигателя и произвести регулировку зажигания (при необходимости).

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 магнитную индукцию (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.

Результаты измерений Холла

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.

Термины

• Элементарный заряд – электрический заряд на одном протоне.
• Поперечный – создает угол между пересекающимися предметами.

Давайте кратко и понятно изучим определение эффекта Холла, раскрыв суть явления. В эффекте Холла отличие напряжений формируется в электрическом проводнике, если есть магнитное поле, перпендикулярное току. При подобной расположенности магнитной силы заряды внутри проводника испытывают силу Лоренца. Если же такое поле отсутствует, то они идут по прямому пути и иногда сталкиваются с примесями.

Перпендикулярная составляющая заставляет путь изгибаться, поэтому заряды скапливаются на одной стороне поверхности материала. На другой возникает тот же избыток, но уже с противоположным знаком. То есть, в потоке заряда создается электрический потенциал. Он вступает в противостояние с магнитной силой и ведет электроны по прямой дороге.

Сначала магнитная сила притягивает электроны и заставляет их продвигаться по изогнутому пути. В итоге, их становится слишком много на левой стороне, а на правой – не достает. Из-за этого формируется электрическое поле. Сила набирает мощность, чтобы компенсировать магнитную, поэтому будущие электроны двигаются прямолинейно

Если вы сталкиваетесь с металлом при едином типе носителя заряда, то значение эффекта рассчитывается, как

(I – коэффициент тока, B – магнитное поле, t – толщина проводящей пластины и n – плотность электронов-носителей).

Коэффициент Холла (R_H) характеризует материал проводника и выясняет соотношение индуцированного электрического поля, плотности тока и магнитного поля:

В физике эффект Холла встречается часто и показывается не только в проводниках, но и среди полупроводников, ионизированных газов и квантовом вращении.

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.

Эдвин Холл

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:

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.

Возникновение разности потенциалов

Формулы и расчёты

Закон полного тока

Так как в классическом определении эффект Холла – это перемещение зарядов под воздействием внешнего магнитного поля, можно сделать несколько выводов:

• образующееся в контрольных точках напряжение (Uх) будет прямо пропорционально току (I);
• аналогичная зависимость определена силовыми параметрами поля, которые выражают через вектор (В) магнитной индукции;
• существенное значение имеет размерность проводника.

Какой получится потенциал при определенных исходных параметрах? Ниже показан алгоритм преобразований с итоговой формулой для расчетов.

Для определения силы Лоренца (Fл) используют выражение:

Fл = q*v*B,

где:

• q – элементарный заряд;
• v – скорость его перемещения.

При подключении пластины по схеме основного эксперимента при постоянной силе тока разница потенциалов стабилизируется. После этого созданное электрическое поле будет воздействовать на заряды с определенной силой Fэ = q * E, где E – это соответствующая напряженность.

В этом состоянии Fл = Fэ, поэтому значение правых частей формул также будет равным: q*v*B = q * E. Следовательно E = v*B.

Плотность тока (j) определяется выражением:

j = q * v *n, где n – это число заряженных частиц в единице объема.

После преобразования выражения расчет для скорости подставляют в формулу напряженности:

E = (j/q*n) * B.

Разницу потенциалов несложно вычислить по напряженности и расстоянию (d) между контрольными точками (гранями пластины):

Uх = E * d = d * (j/q*n) * B = (1/q*n) * d * j * B.

Часть выражения (1/q*n) = R – это постоянная Холла. Она определяет обратную зависимость от суммарного заряда частиц.

Подставив коэффициент Холла в последнее выражение, можно записать итоговую формулу следующим образом:

Uх = R * d * j * B.

Похожие записи:

Что делать если из розетки искрит и коротит Виды контрольно-измерительных приборов Как правильно снимать показания счетчиков воды, какие цифры учитывать. пример 1n4007 аналог отечественный. диод in4007: характеристики устройства Datasheet texas instruments tl082 Мощный двигатель на неодимовых магнитах своими руками