断熱的な負および正のホール効果
磁場中に置かれた通電ワイヤでは、電流と磁場の方向に対して垂直な方向に電圧が誘導されます。このような電圧が現れる現象をホール効果といい、誘起される電圧そのものをホール電圧といいます。
1879 年、アメリカの物理学者エドウィン ホール (1855-1938) は、論文の執筆中に興味深い効果を発見しました。彼は、直流を流す薄い金のプレートを、プレートの面に垂直な磁場の中に置きました。この場合、プレートの端の間に追加の電場が発生しました。その後、この現象は発見者の名前にちなんで名付けられました。ホール効果は幅広い用途に使用されています。磁場の誘導 (ホール センサー) を測定するだけでなく、導電性材料の物理的特性を研究するためにも使用されます (ホール効果を使用すると、電流キャリアの濃度や電流キャリアの濃度を計算できます)。彼らのサイン）。
ホール電流効果センサーモジュール ACS712 5A
電流キャリアには 2 つのタイプがあります。一方向に移動する正のキャリアと、反対方向に移動する負のキャリアです。
磁場中を特定の方向に移動する負のキャリアは、その動きを直線経路から逸らそうとする力を受けます。同じ磁場中を反対方向に移動する正のキャリアは、負のキャリアと同じ方向に偏向されます。
ローレンツ力の影響下ですべての電流キャリアが導体の同じ側に偏ることにより、キャリア数の勾配が確立され、導体の一方の側では単位体積あたりのキャリアの数がより大きくなります。もう一方の。
以下の図は、2 種類のキャリアの数が等しい場合のこのプロセスの全体的な結果を示しています。
ここで、２種類のキャリアによって生じる電位勾配は互いに逆向きであるため、外部から観察してもその影響は検出できない。あるタイプのキャリアが別のタイプのキャリアよりも多い場合、キャリア集団の勾配によってホール勾配電位が生成され、その結果、ワイヤに印加されるホール電圧を検出できます。
断熱負のホール効果。電子のみが電荷担体である場合、温度勾配と電位勾配は反対方向を指します。
断熱ホール効果。正孔のみが電荷担体である場合、温度勾配と電位勾配は同じ方向を指します。
ホール電圧の影響下でワイヤを流れる電流が不可能な場合は、 ローレンツ力による そしてホール電圧を通じて平衡が確立されます。
この場合、ローレンツ力はワイヤに沿ってキャリア分布の勾配を生成する傾向があり、一方、ホール電圧はワイヤの体積全体にわたって均一な分布を復元する傾向があります。
d 電流と磁場の方向に垂直な方向のホール電場の強度 (単位厚さあたりの電圧) は、次の式で決定されます。
Fz = KzVJ、
ここで、K.z — ホール係数 (その符号と絶対値は特定の条件に応じて大幅に変化する可能性があります); B - 磁気誘導、J は導体を流れる電流の密度（導体の断面積の単位あたりの電流の値）です。
この図は、端がバッテリーに接続されているときに強い電流 i が流れる材料のシートを示しています。左の図に示すように、反対側の電位差を測定するとゼロになります。磁場 B がシート内の電流に対して垂直に印加されると状況が変わり、右の図に示すように、反対側の間に非常に小さな電位差 V3 が現れることがわかります。
「断熱」という用語は、対象となるシステムへの、または対象のシステムからの外部からの熱流がない条件を表すために使用されます。
横方向の熱と電流の流れを防ぐために、ワイヤーの両側に絶縁材の層があります。
ホール電圧はキャリアの不均一な分布に依存するため、エネルギーが体外の何らかのソースから供給される場合にのみ、ホール電圧を体内で維持できます。このエネルギーは、物質内に初期電流を生成する電場から生じます。電流磁性物質には 2 つの電位勾配が確立されます。
初期電位勾配は初期電流密度に物質の抵抗を乗算したものとして定義され、ホール電位勾配は初期電流密度にホール係数を乗算したものとして定義されます。
これら 2 つの勾配は互いに直交しているため、元の電流の方向からある角度だけずれた方向のベクトル和を考えることができます。
この角度の値は、電流の方向に向いた電界と電流の方向に発生した電界の力の比によって決まり、ホール角と呼ばれます。これは、どのキャリアが優勢であるか (正または負) に応じて、電流の方向に関して正または負になります。
ホール効果近接センサー
ホール効果は、塩分が優勢なキャリアの影響メカニズムに基づいており、これは導電性物質の一般的な物理的特性に依存します。金属および n 型半導体の場合、電子はキャリアであり、p 型半導体の場合、正孔です。
電流が流れる電荷は、ワイヤの電子と同じ側に偏向されます。正孔と電子の濃度が同じ場合、正孔と電子は 2 つの反対のホール電圧を生成します。それらの濃度が異なる場合、これら 2 つのホール電圧のうちの 1 つが優勢となり、測定できます。
正のキャリアの場合、ローレンツ力の影響によるキャリアの偏向を打ち消すために必要なホール電圧は、負のキャリアの対応する電圧とは逆になります。 n 型金属や半導体では、外部磁場や温度が変化すると、この電圧の符号が変わることもあります。
ホール センサーは、ホール効果を検出し、その結果をデータに変換するように設計された電子デバイスです。このデータは回路のオン/オフに使用でき、コンピュータで処理でき、デバイスの製造元やソフトウェアが提供するさまざまな効果を引き起こすことができます。
実際には、ホール センサーは、磁場を使用して機械システムの接近、速度、変位などの変数を検出する、シンプルで安価な超小型回路です。
ホール センサーは非接触型であるため、物理的要素と接触する必要がなく、設計と目的に応じてデジタル信号またはアナログ信号を生成できます。
ホール効果センサーは、携帯電話、GPS デバイス、コンパス、ハードドライブ、ブラシレス モーター、工場の組立ライン、自動車、医療機器、および多くの IoT ガジェットで見られます。