![]() Главная Обратная связь Поможем написать вашу работу! ![]() Дисциплины:
Архитектура (936) ![]() |
![]() Действие магнитного поля на движущийся заряд.Характер движения свободного заряда в магнитном поле
Электрический ток – это совокупность упорядоченно движущихся заряженных частиц. Поэтому действие магнитного поля на проводник с током есть результат действия поля на движущиеся заряженные частицы внутри проводника. Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца. Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы Ампера, действующей на участок проводника, к числу заряженных частиц в этом участке проводника:
38.Элементарная теория Холла(на примере проводника).Эффект Холла – появление в проводнике (или в полупроводнике) с током плотностью , (1) где R – коэффициент пропорциональности (коэффициент Холла), его величина и знак зависит от химического состава проводника, от температуры и заряда носителей тока; I – сила тока в образце; В – индукция магнитного тока; d – толщина образца. Рассмотрим элементарную теорию эффекта Холла. Пусть носителями тока являются электроны (например, в металлах и примесных полупроводниках n-типа). При протекании в образце тока плотностьюэлектроны имеют скорость дрейфа
В Fэл = Fл или еЕу = еvВ , (3) так как в данном случае вектор скорости Из уравнения (3) находим напряженность поля Холла: Еу =vВ(4) и разность потенциалов между гранями 1 и 2 (напряжение Холла):
где b– размер образца вдоль направления поля Холла. Учитывая, что плотность тока j=еnv, гдеn– концентрация электронов проводимости в образце, а сила тока через образецI=jS, гдеS=bd– площадь сечения пластинки, получим для скорости движения электронов выражение:
Напряжение Холла, согласно уравнению (5) с учетом формулы (6), запишем в виде
Сравнив выражения (1) и (7), получим Коэффициент Холла (м3/Кл):
Более строгая теория, учитывающая взаимодействия носителей тока (электронов) с кристаллической решеткой, дает постоянную Холла:
где r– Холл-фактор, его величинаr1 и зависит от напряженности магнитного поля, температуры и свойств материала образца. Для слабо легированного германия при комнатной температуре>r/8.p=3Из формулы (8) следует, что знак коэффициента Холла определяется знаком заряда носителей тока. Для металлов и полупроводников n-типа величинаR0, а для полупроводников с дырочной проводимостью (р-типа)<R0.>Знак напряжения Холла связан со знаком носителей тока в образце. Величина постоянной Холла, которая может быть определена из опыта, связана с концентрацией и подвижностью носителей тока (9). Таким образом, эффект Холла может быть применен для определения этих параметров (знака, концентрации и подвижности носителей тока), что особенно важно в теории и практике применения полупроводниковых материалов. Очевидно, знание этих параметров для какого-либо образца позволяет применить его в качестве датчика величины магнитного поля, кроме того, эффект Холла при некоторых условиях применим для определения плотности тока в образце.Эффект Холла технологически является очень выгодным, на нем основан принцип работы МГД - генераторов, преобразующих тепловую энергию непосредственно в электрическую. Также на основе эффекта Холла работают некоторые виды ионных реактивных двигателей.Эффект Холла лежит в основе одной из самых прогрессивных технологий бесконтактной регистрации положения, перемещения, скорости вращения и присутствия ферромагнитных объектов. Основным чувствительным элементом таких устройств является датчик Холла, который представляет собой тонкую прямоугольную пластину (площадь – несколько мм2), или пленку, изготовленную из полупроводникового материала в котором эффект Холла проявляется в сильной степени (германий Ge, кремний Si, антимонид и арсенид индия InSb и InAs, арсенид-фосфид индия InAsP, арсенид галлия GaAs, селенид и теллурид ртути HgSe и HgTe). Пластина имеет четыре электрода для подвода тока и съёма напряжения Холла. Чтобы избежать механических повреждений, пластинку монтируют (а пленку напыляют в вакууме) на прочной подложке из диэлектрика (слюды, керамики). Для получения наибольшего эффекта толщина пластины (плёнки) делается как можно меньшей.Благодаря тому, что выходной эффект определяется произведением двух величин (НиI), датчики Холла имеют весьма широкое применение.Датчики Холла применяют для бесконтактного измерения магнитных полей (от 10-5 до 106 А/м). Доверь свою работу кандидату наук!
![]() |