קטגוריות: עובדות מעניינות, חשמלאים מתחילים
מספר צפיות: 97676
הערות לכתבה: 4
אפקט הול וחיישנים המבוססים עליו
אפקט האולם התגלה בשנת 1879 על ידי המדען האמריקני אדווין הרברט הול. המהות שלה היא כדלקמן (ראה איור). אם זרם מועבר דרך צלחת מוליכה ושדה מגנטי מופנה בניצב לצלחת, אז המתח מופיע בכיוון הרוחב לזרם (וכיוון השדה המגנטי): Uh = (RhHlsinw) / d, כאשר Rh הוא מקדם ההיכל, התלוי בחומר המוליך; H הוא כוח השדה המגנטי; אני הזרם במנצח; w הוא הזווית בין כיוון הזרם לבין וקטור אינדוקציה של השדה המגנטי (אם w = 90 °, sinw = 1); ד הוא עובי החומר.
בשל העובדה כי אפקט הפלט נקבע על ידי תוצר של שני כמויות (H ו- I), משתמשים בחיישני הול רבים מאוד. הטבלה מציגה את מקדמי ההיכל למתכות וסגסוגות שונות. ייעודים: Т - טמפרטורה; B הוא השטף המגנטי; רח - מקדם מסדרון ביחידות של m3 / C.
מתגי קירבה לאולמות המבוססים על אפקט הול שימשו בחו"ל די נרחב מתחילת שנות ה -70. היתרונות של מתג זה הם אמינות ועמידות גבוהה, מידות קטנות, והחסרונות הם צריכת אנרגיה קבועה ועלות גבוהה יחסית.
עקרון הפעולה של גנרטור ההיכלאבל
חיישן ההיכל בעל עיצוב מחורץ. מוליך למחצה נמצא בצד אחד של החריץ, דרכו זורם זרם כאשר מופעל ההצתה, ומצד שני מגנט קבוע.
בשדה מגנטי, אלקטרונים נעים מושפעים מכוח. וקטור הכוח בניצב לכיוון של הרכיבים המגנטיים והחשמליים של השדה כאחד.
אם רקיק מוליך למחצה (למשל מאינדיום ארסניד או אנטי-אמוניד) מוחדר לשדה מגנטי באמצעות אינדוקציה לזרם חשמלי, אז נוצר הבדל פוטנציאלי בצדדים, בניצב לכיוון הזרם. מתח הול (Hall EMF) הוא פרופורציונלי לאינדוקציה זרם ומגנטית.
יש פער בין הצלחת למגנט. במרווח החיישן נמצא מסך פלדה. כשאין מסך בפער, שדה מגנטי פועל על לוח המוליכים למחצה וההבדל הפוטנציאלי מוסר ממנו. אם יש מסך בפער, קווי הכוח המגנטיים נסגרים דרך המסך ואינם פועלים על הצלחת, במקרה זה, ההבדל הפוטנציאלי אינו מתרחש בצלחת.
המעגל המשולב ממיר את ההבדל הפוטנציאלי שנוצר בצלחת לפולסי מתח שליליים בעלי ערך מסוים ביציאת החיישן. כאשר המסך נמצא בפער של החיישן, יהיה מתח ביציאתו; אם אין מסך בפער החיישן, אז המתח ביציאת החיישן קרוב לאפס.
אפקט הול קוונטי שברירי
הרבה נכתב על אפקט הול, השפעה זו משמשת באינטנסיביות בטכנולוגיה, אך המדענים ממשיכים ללמוד אותו. בשנת 1980 חקר הפיזיקאי הגרמני קלאוס פון קליצונג את פעולתו של אפקט ההיכל בטמפרטורות אולטרה-קרווליות. בצלחת דקה של מוליך למחצה, פון קליצונג שינה בהדרגה את חוזק השדה המגנטי וגילה כי התנגדות ההיכל אינה משתנה בצורה חלקה, אלא בקפיצות. גודל הקפיצה לא היה תלוי בתכונות החומר, אלא היה שילוב של קבועים פיזיים בסיסיים המחולקים במספר קבוע. התברר כי חוקי מכניקת הקוונטים שינו איכשהו את אופיו של אפקט ההיכל. תופעה זו נקראה אפקט האולם האינטגרלי של הקוונטים. על תגלית זו קיבל פון קליצונג את פרס נובל לפיזיקה בשנת 1985.
שנתיים לאחר גילויו של פון קליצונג במעבדת טלפונים בל (זה בו נפתח הטרנזיסטור), עובדי סטורמר וצוי חקרו את אפקט הול הקוונטים בעזרת מדגם נקי במיוחד של ארסיד גדול של גליום שנעשה באותה מעבדה.המדגם היה ברמה כה גבוהה של טוהר שהאלקטרונים העבירו אותו מקצה לקצה מבלי להיתקל במכשולים. ניסוי סטורמר וצוי התקיים בטמפרטורה נמוכה בהרבה (כמעט אפס מוחלט) ועם שדות מגנטיים חזקים יותר מאשר בניסוי פון קליצונג (פי מיליון יותר מ השדה המגנטי של כדור הארץ).
להפתעתם הרבה, סטורמר וצוי מצאו קפיצה בהתנגדות הול גדולה פי שלושה מזו של פון קליצונג. ואז הם גילו קפיצות גדולות עוד יותר. התוצאה הייתה אותו שילוב של קבועים פיזיים, אך לא חולק במספר שלם, אלא במספר שברירי. פיזיקאים מטענים אלקטרונים כקבוע שלא ניתן לחלק אותם לחלקים. ובניסוי זה, כביכול, חלקיקים עם מטעני שבר השתתפו. האפקט נקרא אפקט ה- Hall Hall של השבר הקוונטי.
שנה לאחר גילוי זה, העובד במעבדת לה-פלין מסר הסבר תיאורטי על ההשפעה. הוא הצהיר כי השילוב של טמפרטורה נמוכה במיוחד ושדה מגנטי רב עוצמה גורם לאלקטרונים ליצור נוזלים קוונטיים בלתי דחוסים. אבל הדמות המשתמשת בגרפיקה ממוחשבת מראה את זרימת האלקטרונים (כדורים) החודרים את המטוס. חספוסים במטוס מייצגים את חלוקת המטען של אחד האלקטרונים בנוכחות שדה מגנטי ומטען האלקטרונים האחרים. אם מוסיפים אלקטרון לנוזל קוונטי, נוצרת כמות מסוימת של חלקיקים מרובעים בעלי מטען שברירי (באיור זה מוצג כסט חצים לכל אלקטרון).
בשנת 1998 זכו הורסט סטורמר, דניאל צווי ורוברט לאפלין בפרס נובל לפיזיקה. נכון לעכשיו, ה. סטורמר הוא פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת קולומביה, ד. צוי הוא פרופסור באוניברסיטת פרינסטון, ור 'לאפלין הוא פרופסור באוניברסיטת סטנפורד.
מתכת (סגסוגת)
T, מעלות צלזיוס
ב, ת
ר, מj/ k
אלומיניום
-190
0,54
-0,22
0
0,54
-0,33
+300
0,54
-0,39
+600
0,54
-0,41
זהב
-190
0,54
-0,715
0
0,54
-0,695
+300
0,54
-0,721
+600
0,54
-0,785
כסף
-190
0,54
-0,925
0
0,54
-0,909
+300
0,54
-0,949
+600
0,54
-1,002
נחושת
-190
0,54
-0,56
0
0,54
-0,513
+300
0,54
-0,543
+600
0,54
-0,587
ברזל
+26
0,3...1,7
+5,5
קובלט
+ 100
0,1...1,6
+8,65
+300
0,1 ...1,6
+21,2
+460
0,1... 1,6
+89,4
+960
0,2... 1
+200
אנטימון מורגן
+20
0...2
+ 1200
+320
0...2
+10500
טוריום כרום
0
0-1,6
-31500
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: