Страница 24 из 73
Холл Эдвин Герберт
Холл (Hall) Эдвин Герберт (7.11.1855, Горем, штат Мэн, — 20.11.1938, Кембридж, штат Массачусетс) американский физик. Окончил Бодойнский колледж (1878), получил степень доктора философии в университете Дж. Хопкинса в Балтиморе (1880). С 1881 преподавал в Гарвардском университете (с 1895 — профессор). Основные труды по исследованию термоэлектрических, тепловых, гальваномагнитных и термомагнитных эффектов в проводниках (в частности, в мягком железе). В 1879 открыл явление, заключающееся в том, что в проводнике с током, помещенном в магнитное поле, вектор напряжённости которого перпендикулярен направлению тока, возникает электрическое поле в направлении, перпендикулярном направлениям тока и магнитного поля (Холла эффект ); коэффициент, входящий в выражение для напряжённости возникающего поля, назван именем Х. Член Американской академии наук и искусств.
Соч.: On the new action of magnetism on a permanent electric current, «The Philosophical Magazine», 1880, v. 10, p. 301.
Лит.: Prof. Е. Н. Hall, «Nature», 1939, v. 143, № 3613, p. 149.
Холла эдс датчик
Хо'лла эдс да'тчик, элемент автоматики, радиоэлектроники и измерительной техники, используемый в качестве измерительного преобразователя , действие которого основано на Холла эффекте . Представляет собой топкую прямоугольную пластину (площадью несколько мм2 ) или плёнку, изготовленную из полупроводника (Si, Ge, InSb, InAs), имеет 4 электрода для подвода тока и съёма эдс Холла. Чтобы избежать механических повреждений, пластинки Х. э. д. монтируют (а плёнку напыляют в вакууме) на прочной подложке из диэлектрика (слюды, керамики). Для получения наибольшего эффекта толщина пластины (плёнки) делается возможно меньшей. Х. э. д. применяют для бесконтактного измерения магнитных полей (от 10-6 до 105 э ). При измерении слабых магнитных полей пользуются Х. э. д., вмонтированным в зазоре ферро- или ферримагнитного стержня (концентратора), что позволяет значительно повысить чувствительность датчика. Т. к. в полупроводниках концентрация носителей зарядов (а следовательно, и коэффициент Холла) может зависеть от температуры, то в случае точных измерений необходимо либо термостатировать Х. э. д., либо применять сильнолегированные полупроводники (последнее снижает чувствительность датчика).
При помощи Х. э. д. можно измерять любую физическую величину, которая однозначно связана с магнитным полем; в частности, можно измерять силу тока, т. к. вокруг проводника с током образуется магнитное поле, которое можно измерить. На основе Х. э. д. созданы амперметры на токи до 100 ка. Х. э. д. применяют в аналоговых перемножающих устройствах; при этом токи, пропорциональные перемножаемым величинам, используются один для питания Х. э. д., другой — для создания магнитного поля. Эдс Холла при этом оказывается пропорциональной произведению этих величин. Кроме того, Х. э. д. применяют в измерителях линейных и угловых перемещении, а также в измерителях градиента магнитного поля, магнитного потока и мощности электрических машин, в бесконтактных преобразователях постоянного тока в переменный и, наконец, в воспроизводящих головках систем звукозаписи.
Лит. см. при ст. Холла эффект , Датчик .
Ю. П. Гайдуков.
Холла эффект
Хо'лла эффе'кт, появление в проводнике с током плотностью j, помещенном в магнитное поле Н, электрического поля Ex , перпендикулярного Н и I . Напряжённость электрического поля (поля Холла) равна:
Ex = Rhjsin a, (1)
где a угол между векторами Н и f (a < 180°). Если H ^ j, то величина поля Холла E x максимальна: E x = RHj. Величина R, называется коэффициентом Холла, является основной характеристикой Х. э. Эффект открыт Э. Г. Холлом в 1879 в тонких пластинках золота. Для наблюдения Х. э. вдоль прямоугольных пластин из исследуемых веществ, длина которых l значительно больше ширины b и толщины d, пропускается ток I = jbd (см. рис. ); магнитное поле перпендикулярно плоскости пластинки. На середине боковых граней, перпендикулярно току, расположены электроды, между которыми измеряется эдс Холла Vx .
Vx = Ex b = RHj/d. (2)
Т. к. эдс Холла меняет знак на обратный при изменении направления магнитного поля на обратное, то Х. э. относится к нечётным гальваномагнитным явлениям .
Простейшая теория Х. э. объясняет появление эдс Холла взаимодействием носителей тока (электронов проводимости и дырок) с магнитным полем. Под действием электрического поля носители заряда приобретают направленное движение (дрейф), средняя скорость которого (дрейфовая скорость) vдр ¹ 0. Плотность тока в проводнике j = n ×evдр , где n — концентрация числа носителей, e — их заряд. При наложении магнитного поля на носители действует Лоренца сила : F = е [Нvдр ], под действием которой частицы отклоняются в направлении, перпендикулярном vдр и Н. В результате в обеих гранях проводника конечных размеров происходит накопление заряда и возникает электростатическое поле — поле Холла. В свою очередь поле Холла действует на заряды и уравновешивает силу Лоренца. В условиях равновесия eEx = eHvдр , , отсюда R = 1/ne см3 /кулон. Знак R совпадает со знаком носителей тока. Для металлов , у которых концентрация носителей (электронов проводимости) близка к плотности атомов (n » 1022 см-3 ), R ~ 10-3 см3 /кулон, у полупроводников концентрация носителей значительно меньше и R~ 10-5 см3 /кулон. Коэффициент Холла R может быть выражен через подвижность носителей заряда m = е t/m* и удельную электропроводность s = j/E = envдр Е:
R = m/s. (3)
Здесь m*— эффективная масса носителей, t — среднее время между 2 последовательными соударениями с рассеивающими центрами.