Hiệu ứng Hall – Wikipedia tiếng Việt

So sánh hiệu ứng Hall lên hai mặt thanh Hall Hướng và chiều tính năng trong hiệu ứng Hall

Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi áp dụng một từ trường vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫn hay chất dẫn điện nói chung (thanh Hall) đang có dòng điện chạy qua. Lúc đó người ta nhận được hiệu điện thế (hiệu thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall. Tỷ số giữa hiệu thế Hall và dòng điện chạy qua thanh Hall gọi là điện trở Hall, đặc trưng cho vật liệu làm nên thanh Hall. Hiệu ứng này được khám phá bởi Edwin Herbert Hall vào năm 1879.

Cơ chế hiệu ứng Hall trên một thanh Hall kim loại. 1: electron. 2: thanh Hall. 3: nam châm. 4: từ trường. 5: nguồn điện. Màu đỏ trên thanh Hall thể hiện sự tập trung của điện tích dương, còn màu xanh, ngược lại, là nơi tập trung điện tích âm. Trên các hình B, C, D, chiều của nguồn điện và/hoặc từ trường được đổi ngược.

Hiệu ứng Hall được lý giải dựa vào thực chất của dòng điện chạy trong vật dẫn điện. Dòng điện này chính là sự hoạt động của những điện tích ( ví dụ như electron trong sắt kẽm kim loại ). Khi chạy qua từ trường, những điện tích chịu lực Lorentz bị đẩy về một trong hai phía của thanh Hall, tùy theo điện tích hoạt động đó âm hay dương. Sự tập trung chuyên sâu những điện tích về một phía tạo nên sự tích điện trái dầu ở 2 mặt của thanh Hall, gây ra hiệu điện thế Hall .Công thức liên hệ giữa hiệu thế Hall, dòng điện và từ trường là :

VH = (IB)/(den)

với VH là hiệu thế Hall, I là cường độ dòng điện, B là cường độ từ trường, d là độ dày của thanh Hall, e là điện tích của hạt mang điện chuyển động trong thanh Hall, và n mật độ các hạt này trong thanh Hall.

Công thức này cho thấy một đặc thù quan trọng trong hiệu ứng Hall là nó được cho phép phân biệt điện tích âm hay dương chạy trong thanh Hall, dựa vào hiệu thế Hall âm hay dương. Hiệu ứng này lần tiên phong chứng tỏ rằng, trong sắt kẽm kim loại, electron chứ không phải là proton được hoạt động tự do để mang dòng điện. Điểm mê hoặc nữa là, hiệu ứng cũng cho thấy trong 1 số ít chất ( đặc biệt quan trọng là bán dẫn ), dòng điện được mang đi bởi những lỗ trống ( có điện tích tổng số là dương ) chứ không phải là electron đơn thuần .Khi từ trường lớn và nhiệt độ hạ thấp, hoàn toàn có thể quan sát thấy hiệu ứng Hall lượng tử, biểu lộ sự lượng tử hóa điện trở của vật dẫn .Với những vật tư sắt từ, điện trở Hall bị tăng lên một cách dị thường, được biết đến là hiệu ứng Hall dị thường, tỷ suất với độ từ hóa của vật tư. Cơ chế vật lý của hiệu ứng này hiện vẫn còn gây tranh cãi .
Hiệu ứng Hall được sử dụng hầu hết trong những thiết bị đo, đầu dò. Các thiết bị này thường phát ra tín hiệu rất yếu và cần được khuếch đại. Đầu thế kỷ 20, những máy khuếch đại dùng bóng chân không quá tốn kém, nên những đầu đo kiểu này chỉ được tăng trưởng từ khi có công nghệ tiên tiến vi mạch bán dẫn. Ngày nay, nhiều ” đầu dò hiệu ứng Hall ” chứa sẵn những máy khuếch đại bên trong .

Đo cường độ dòng điện[sửa|sửa mã nguồn]

Xem thêm Ampe kế

mm.Đầu đo dòng điện dùng hiệu ứng Hall, có sẵn khuếch đại. Đường kínhHiệu ứng Hall nhạy cảm với từ trường, mà từ trường được sinh ra từ một dòng điện bất kể, do đó hoàn toàn có thể đo cường độ dòng chạy qua một dây điện khi đưa dây này gần thiết bị đo. Thiết bị có 3 đầu ra : một dây nối đất, một dây nguồn để tạo dòng chạy trong thanh Hall, một dây ra cho biết hiệu thế Hall. Phương pháp đo dòng điện này không cần sự tiếp xúc cơ học trực tiếp với mạch điện, phần đông không gây thêm điện trở phụ của máy đo trong mạch điện, và không bị tác động ảnh hưởng bởi nguồn điện ( hoàn toàn có thể là cao thế ) của mạch điện, tăng tính bảo đảm an toàn cho phép đo. Có vài cách để đưa dây điện mang dòng vào gần thiết bị đo như sau :

Cuốn dòng cần đo[sửa|sửa mã nguồn]

Dòng điện cần đo hoàn toàn có thể được cuốn quanh thiết bị đo. Các độ nhạy ứng với những cường độ dòng điện khác nhau hoàn toàn có thể được biến hóa bằng số vòng cuốn quanh thiết bị đo. Phương pháp này thích hợp cho những ampe kế lắp vĩnh cửu vào cùng mạch điện .

Kẹp vào dòng cần đo[sửa|sửa mã nguồn]

Thiết bị được kẹp vào dây dẫn điện. Phương pháp này dùng trong kiểm tra đo đạc, không lắp vĩnh cửu cùng mạch điện.

Về cơ bản ứng dụng này dựa vào công thức của hiệu ứng Hall : hiệu thế Hall là tích của cường độ dòng điện ( tỷ suất với hiệu điện thế vận dụng lên thanh Hall, nhờ định luật Ohm ) với cường độ từ trường ( hoàn toàn có thể được sinh ra từ một cuộn cảm, tỷ suất với hiệu điện thế vận dụng lên cuộn cảm ) .

Đo hiệu suất điện[sửa|sửa mã nguồn]

Công suất tiêu thụ của một mạch điện là tích của cường độ dòng điện và hiệu điện thế trên mạch. Vậy hoàn toàn có thể đo hiệu suất này bằng cách đo dòng điện ( như miêu tả ở trên ) đồng thời với việc dùng hiệu điện thế của mạch điện để nuôi dòng qua thanh Hall. Phương pháp như vậy hoàn toàn có thể được nâng cấp cải tiến để đo hiệu suất dòng điện xoay chiều trong hoạt động và sinh hoạt gia dụng. Nó thường đúng chuẩn hơn những thiết bị truyền thông online và ít gây cản trở dòng điện

Xác định vị trí và hoạt động[sửa|sửa mã nguồn]

Hiệu ứng Hall hoàn toàn có thể dùng để xác lập vị trí cơ học. Các thiết bị kiểu này không có một chi tiết cụ thể cơ học hoạt động nào và hoàn toàn có thể được sản xuất kín, chịu được bụi, chất bẩn, nhiệt độ, bùn lầy … Điều này giúp những thiết bị này hoàn toàn có thể đo đạc vị trí tiện hơn dụng cụ quang học hay cơ điện .
Khi quay ổ khóa khởi động xe hơi, một nam châm hút gắn cùng ổ khóa quay theo, gây nên biến hóa từ trường, được cảm nhận bởi thiết bị dùng hiệu ứng Hall. Phương pháp này tiện nghi vì nó không gây hao mòn như giải pháp cơ học khác .

Dò hoạt động quay[sửa|sửa mã nguồn]

Việc dò hoạt động quay tương tự như như trên rất có ích trong sản xuất mạng lưới hệ thống hãm phanh chống trượt nhạy bén hơn của xe hơi, giúp người tinh chỉnh và điều khiển xe thuận tiện hơn .

Lịch sử mày mò[sửa|sửa mã nguồn]

Năm 1878, Edwin Herbert Hall, khi đang là sinh viên của trường Đại học Johns Hopkins, đọc quyển sách ” Luận về thuyết Điện từ ” viết bởi James Clerk Maxwell. Ông đã vướng mắc với giáo sư của mình là Henry Rowland về một nhận xét của Maxwell rằng ” lực điện từ đặt lên dây dẫn không công dụng trực tiếp lên dòng điện mà ảnh hưởng tác động lên dây dẫn mang dòng điện đó “. Rowland cũng hoài nghi tính xác nhận của Kết luận đó nhưng những kiểm tra bằng thực nghiệm của ông đã không mang lại hiệu quả phản bác .Hall quyết định hành động thực thi nhiều thí nghiệm và cũng đã thất bại. Cuối cùng, ông làm lại thí nghiệm của Rowland, nhưng thay thế sửa chữa dây dẫn sắt kẽm kim loại trong thí nghiệm này bằng một lá vàng mỏng dính. Hall đã nhận thấy từ trường làm biến hóa sự phân bổ điện tích trong lá vàng và làm lệch kim của điện kế nối với những mặt bên của nó. Thí nghiệm đã không chỉ thỏa mãn nhu cầu vướng mắc của Hall về nhận xét của Maxwell, mà đã chứng minh và khẳng định thực chất dòng điện trong sắt kẽm kim loại .Ngày nay, ta biết là điều kiện kèm theo thí nghiệm thời ấy chỉ tạo được từ trường yếu và hiệu ứng chỉ quan sát được khi sắt kẽm kim loại dẫn điện rất tốt như vàng. Hall đã đi đúng hướng khi sử dụng vàng trong thí nghiệm của mình, để mày mò ra một hiệu ứng cơ bản trong vật lý chất rắn tân tiến .Phát hiện này cũng đã mang lại cho Hall một vị trí tại trường Đại học Harvard. Công trình của ông được xuất bản năm 1879. Năm 1881, sách của Maxwell được tái bản lần hai với chú thích : ” Ông Hall đã phát hiện rằng một từ trường không thay đổi hoàn toàn có thể làm biến hóa chút ít sự phân bổ dòng điện trong hầu hết những dây dẫn, vì thế công bố của Maxwell chỉ được xem như là gần đúng. “

Hiệu ứng Hall không chỉ được ứng dụng trong nhiều ngành công nghệ từ cuối thế kỷ 20, mà còn là tiền đề cho các khám phá tương tự cùng thời kỳ này như hiệu ứng Hall lượng tử, một hiệu ứng đã mang lại giải thưởng Nobel vật lý cho người khám phá ra nó.

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

( bằng tiếng Việt )
( bằng tiếng Anh )

5/5 - (1 vote)
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments