如何理解 霍爾效應 ,是如何發現並提出的,有哪些應用?

時間 2021-05-05 21:32:34

1樓:幫幫超人

霍爾效應的發現霍爾效應在2023年被美國物理學家霍爾發現,當電流通過乙個位於磁場中的導體的時候,導體中會產生乙個與電流方向及磁場方向均垂直的電勢差。且電勢差的大小與磁感應強度的垂直分量及電流的大小成正比。霍爾效應的原理霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用而引起的偏轉。

2樓:格格劇愛說

霍爾效應是導電材料中的電流磁場的相互作用,而產生電動勢的一種效應。

這個導電材料通常是半導體材料,將半導體材料接入乙個電源中,形成乙個迴路,此時電路中就存在電荷的定向移動,如下圖:

如果此時將這個導電板處於乙個磁場中,電荷會受到洛倫茲力,其路徑會發生偏移,電荷偏移之後,就會形成電場,電荷同時會受到電場力,這個力正好與洛倫茲力方向相反,阻礙其移動,最終,電場力與洛倫茲力平衡,如下圖:

如果使用儀表測試導電板兩側的電壓,會發現其形成了電動勢

我們對上述過程進行進一步分析:

E:電場強度;

e:單個粒子的電荷量;

n:單位體積的帶電粒子數量;

B:磁通密度;

v:帶電粒子移動速度。

最終平衡時:

這個霍爾係數是跟霍爾材料有關的引數,就得到霍爾效應的核心公式:

這個U被稱為霍爾電壓。可以看出當材料及形狀確定時。

最終可等效為下圖:

霍爾效應的應用十分廣泛,就我比較熟悉的汽車測試行業,列舉兩例,來進一步理解霍爾效應。

檢測原理圖如下:

等效原理圖如下:

在齒輪旋轉的過程中,霍爾元件所處的磁場會發生變化,磁通密度也隨之發生變化,如下圖:

整個完整檢測過程見下圖:

我們常常使用的鉗形表,測量直流時,基本都是用的霍爾效應來進行測量。

其等效原理圖如下圖所示:

驅動電路提供乙個恆定的電流,經過霍爾元件形成乙個迴路,當穿過鉗圈的導體上流過直流電流時,會在磁芯內部產生乙個恆定的磁通,此時霍爾元件就處於磁場中,就會產生電壓差,再經過放大器放大並濾波後就能形成乙個與被測導體電流成正比的電壓值,再經過採集換算就能得到對應的電流並顯示在鉗形表上。

3樓:遊樂寫寫

霍爾效應是由美國的物理學家霍爾發現的。

最開始,霍爾效應被發現在金屬中。由於金屬中的霍爾效應比較微弱,在很長一段時間裡面沒有開發出什麼實質的用途來。

後來,隨著半導體技術的發展,人們發現,半導體中的霍爾效應非常顯著。從此以後,霍爾效應就逐漸受到了人們的重視。

霍爾效應可以用於製作霍爾電流錶,測量大的直流電流;可以用來製作磁場探測儀,檢測磁強的強度,還可以用於手機中,實現手機的智慧型休眠功能。

霍爾感測器是利用霍爾效應製作的感測器,它的用途非常廣泛,更多用途仍在開發的路上。

4樓:雨過天未晴

霍爾效應是電磁效應的一種,這一現象是美國物理學家霍爾(E.H.Hall,1855—1938)於2023年在研究金屬的導電機制時發現的當電流垂直於外磁場通過半導體時,載流子發生偏轉,垂直於電流和磁場的方向會產生一附加電場,從而在半導體的兩端產生電勢差,這一現象就是霍爾效應,這個電勢差也被稱為霍爾電勢差。

霍爾效應使用左手定則判斷。

這個效應多年前就已經被人們知道並理解,但基於霍爾效應的感測器在材料工藝獲得重大進展前並不實用,直到出現了高強度的恆定磁體和工作於小電壓輸出的訊號調節電路。根據設計和配置的不同,霍爾效應感測器可以作為開/關感測器或者線性感測器,廣泛應用於電力系統中。

5樓:攬星河入夢

霍爾效應在2023年被物理學家霍爾發現,它定義了磁場和感應電壓之間的關係,這種效應和傳統的電磁感應完全不同。當電流通過乙個位於磁場中的導體的時候,磁場會對導體中的電子產生乙個垂直於電子運動方向上的作用力,從而在垂直於導體與磁感線的兩個方向上產生電勢差。

雖然這個效應多年前就已經被人們知道並理解,但基於霍爾效應的感測器在材料工藝獲得重大進展前並不實用,直到出現了高強度的恆定磁體和工作於小電壓輸出的訊號調節電路。根據設計和配置的不同,霍爾效應感測器可以作為開/關感測器或者線性感測器,廣泛應用於電力系統中。

解釋在半導體上外加與電流方向垂直的磁場,會使得半導體中的電子與空穴受到不同方向的洛倫茲力而在不同方向上聚集,在聚集起來的電子與空穴之間會產生電場,電場力與洛倫茲力產生平衡之後,不再聚集,此時電場將會使後來的電子和空穴受到電場力的作用而平衡掉磁場對其產生的洛倫茲力,使得後來的電子和空穴能順利通過不會偏移,這個現象稱為霍爾效應。而產生的內建電壓稱為霍爾電壓。

6樓:simple

@知識庫

霍爾效應(Hall effect)是指當固體導體放置在乙個磁場內,且有電流通過時,導體內的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊,繼而產生電壓(霍爾電壓)的現象。電壓所引致的電場力會平衡洛倫茲力。通過霍爾電壓的極性,可證實導體內部的電流是由帶有負電荷的粒子(自由電子)之運動所造成。

2023年,埃德溫·赫伯特·霍爾(Edwin Herbert Hall)在馬里蘭州約翰霍普金斯大學攻讀博士時發現了霍爾效應。這一發現依靠設計精巧的儀器,比電子的發現還要早18年。

(1)電子、(2)導體、(3)磁鐵、(4)磁場、(5)電源

在導體上外加與電流方向垂直的磁場,會使得導線中的電子受到洛倫茲力而聚集,從而在電子聚集的方向上產生乙個電場,此一電場將會使後來的電子受到電力作用而平衡掉磁場造成的洛倫茲力,使得後來的電子能順利通過不會偏移,此稱為霍爾效應。而產生的內建電壓稱為霍爾電壓。

霍爾效應產生的電壓出現於和電流及磁場同時垂直的方向上

霍爾效應感測器也稱霍爾感測器,是乙個換能器,將變化的磁場轉化為輸出電壓的變化。霍爾感測器首先是實用於測量磁場,此外還可測量產生和影響磁場的物理量,例如被用於接近開關、霍爾、位置測量、轉速測量和電流測量裝置。

其最簡單的形式是,感測器作為乙個模擬

換能器,直接返回乙個電壓。在已知磁場下,其距霍爾盤的距離可被設定。使用多組感測器,磁鐵的相關位置可被推斷出。

通過導體的電流會產生乙個隨電流變化的磁場,並且霍爾效應感測器可以在不干擾電流情況下而測量電流,典型的構造為將其和繞組磁芯或在被測導體旁的永磁體合成一體。

通常,霍爾效應感測器和電路相連,從而允許裝置以數字(開/關)模式操作,在這種情況下可以被稱為開關。工業中常見的裝置,例如氣缸,也被用於日常裝置中,如一些印表機使用他們來監測缺紙和敞蓋的情況。當鍵盤被要求高可靠性時,便也設計霍爾感測器在其按鍵內。

霍爾效應感測器通常被用於計量車輪和軸的速度,例如在內燃機

點火定時(正時)或轉速表上[6]。其在無刷直流電動機的使用,用來檢測永磁鐵的位置。圖示中的輪子,帶有兩個等距的磁鐵,感測器上的電壓在乙個週期內將兩次達到峰值,此設定通常被用來校準磁碟驅動的速率。

帶有霍爾效應感測器的控制端

乙個輪上的兩個磁鐵經過霍爾效應感測器

霍爾探頭

霍爾探頭使用銦的化合物晶體,如銻化銦。晶體大小為5平方公釐左右,置於鋁基上,通過封裝成為探頭。晶體平面垂直於探頭底側,底側由非鐵磁材料製成,以避免自身影響磁場。

引線自晶體出發,穿過底側,進入到電路模組。

把探頭置於磁場中,當電流流經晶體時,載流子受洛倫茲力作用出現偏轉導致載流子在晶體上的分布不均勻,晶體兩端的鋁基上因此可以探測到霍爾電壓。

霍爾探頭可以測量微弱的地球磁場。霍爾探測器首先需要根據已知磁場強度進行調校。然後,探頭需要以適當方向放置以使地磁場磁流線直接穿過它。

然後再以反方向放置,所讀出的流密度是地球磁流密度的兩倍。

7樓:福星高照小包子

霍爾效應裝置能夠測量磁通場的強度。如下圖所示,它是半導體晶體。恆定的直流電流沿「 X」方向(從左到右)流經晶體。

被測的磁通量沿「 Z」方向(垂直)穿過晶體。移動的電子圍繞其移動方向產生磁場,就像在載流導體周圍產生磁場一樣。該場與被測通量相互作用,並在電子上施加偏斜力。

因此,電子在行進時會沿「 Y」方向(從後向前)偏轉到晶體的一側。這稱為霍爾效應。它可以看作是弗萊明左手(運動)規則的擴充套件。

電子的偏轉使它們集中在「 Y」軸板之一上,並且相應數量的空穴將集中在相對的板上。如圖所示,可以將其檢測為晶體前後兩塊板上的電位差。該電勢差是磁場強度的量度。

所測電壓的極性表示通過晶體的磁通線的方向。因此,如果將其放置在被測磁體的乙個磁極旁邊,則可以通過測得電壓的極性推斷出其極性。請記住,按照慣例,磁通線的方向從北極出來,然後回到南極。

8樓:傻兔子

霍爾效應是美國物理學家霍爾(E.H.Hall,1855—1938)於2023年發現電磁效應的一種。

爾效應在應用技術中特別重要。霍爾發現,如果對位於磁場(B)中的導體(d)施加乙個電流(Iv),該磁場的方向垂直於所施加電壓的方向,那麼則在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產生另乙個電壓(UH),人們將這個電壓叫做霍爾電壓,產生這種現象被稱為霍爾效應。

9樓:娛樂閃接觸

霍爾效應是指固體材料中的載流子在外加磁場中運動時,因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發生偏移

並在材料兩側產生電荷積累,形成垂直於電流方向的電場,最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡

從而在兩側建立起乙個穩定的電勢差即霍爾電壓。

我是在乙個晚會上面聽朋友說起的這個話題才然後認真的了解了一圈

這個霍爾效應是個好東西,咱們生活中好多東西都用著霍爾原理

目前現代汽車上廣泛應用的霍爾器件有:汽車速度表和里程表、各種用電負載的電流檢測及工作狀態診斷

發動機轉速及曲軸角度感測器、各種開關,等等。因為霍爾效應的主要用在感測器這塊,所以這些通過感測器

現代化應用基本都是霍爾效應的連鎖應用。

舉例來說,用作汽車開關電路上的功率霍爾電路,具有抑制電磁干擾的作用。

許多人都知道,轎車的自動化程度越高,微電子電路越多,就越怕電磁干擾。

而在汽車上有許多燈具和電器件,尤其是功率較大的前照燈、空調電機和雨刮器電機

在開關時會產生浪湧電流,產生較大的電磁干擾訊號。

採用功率霍爾開關電路可以減小這些現象。

霍爾效應的發現及應用為我們的生活帶來了極大的方便。

如何理解霍爾效應 電流的產生 左手定則 之間的關係?(詳情看描述)?

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