Efeito Hall

No diagrama A, o condutor plano possui uma carga negativa na parte superior (simbolizada pela cor azul) e uma carga positiva na parte inferior (cor vermelha). Em B e C, a direção dos campos elétricos e magnéticos são alterados respectivamente, o que alterna a polaridade das cargas ao redor. Em D, ambos os campos mudam de direção simultaneamente que resulta na mesma polaridade que no diagrama A.

1. elétrons
2. condutor plano, que serve como um elemento de corredor (sensor de efeito final)
3. ímã ímã ímã
4. campo magnético
5. fonte de alimentação

O efeito Hall é a produção de uma diferença de potencial (a tensão Hall) através de um condutor elétrico que é transversal a uma corrente elétrica no condutor e a uma tensão aplicada campo magnético perpendicular à corrente. Foi descoberto por Edwin Hall em 1879.

Às vezes, isso é chamado de efeito Hall comum para distingui-lo de outro efeito relacionado, que ocorre em um vazio ou orifício em um semicondutor ou placa de metal quando a corrente é injetada por meio de contatos que se encontram no limite ou borda do vazio. A carga então flui para fora do vazio, dentro do metal ou material semicondutor. O efeito torna-se observável, em um campo magnético aplicado perpendicularmente, como uma tensão de Hall aparecendo em ambos os lados de uma linha que conecta os contatos de corrente. Ele exibe aparente inversão de sinal em comparação com o "comum" efeito que ocorre no espécime simplesmente conectado. Depende apenas da corrente injetada de dentro do vazio.

A superposição dessas duas formas de efeito, os efeitos ordinário e vazio, também pode ser realizada. Primeiro imagine o "comum" configuração, um elemento homogêneo retangular fino (sem vazio) simplesmente conectado com contatos de corrente no limite (externo). Isso desenvolve uma tensão Hall, em um campo magnético perpendicular. Em seguida, imagine colocar um vazio retangular dentro dessa configuração comum, com contatos de corrente, como mencionado acima, no limite interior do vazio. (Para simplificar, imagine os contatos no limite do vazio alinhados com os contatos de configuração comum no limite externo.) Em tal configuração combinada, os dois efeitos de Hall podem ser realizados e observados simultaneamente no mesmo dispositivo duplamente conectado: Um efeito Hall no contorno externo que é proporcional à corrente injetada apenas através do contorno externo, e um efeito Hall aparentemente invertido no contorno interno que é proporcional à corrente injetada apenas através do contorno interno. A superposição de vários efeitos Hall pode ser realizada colocando vários vazios dentro do elemento Hall, com contatos de corrente e tensão no limite de cada vazio.

Mais "efeitos Hall" podem ter mecanismos físicos adicionais, mas são construídos sobre esses fundamentos.

O coeficiente de Hall é definido como a razão do campo elétrico induzido para o produto da densidade de corrente e do campo magnético aplicado. É uma característica do material do qual o condutor é feito, pois seu valor depende do tipo, número e propriedades dos portadores de carga que constituem a corrente.

Descoberta

A teoria moderna do eletromagnetismo foi sistematizada por James Clerk Maxwell no artigo "On Physical Lines of Force", que foi publicado em quatro partes entre 1861 e 1862. Enquanto o artigo de Maxwell estabeleceu uma base matemática sólida para a teoria eletromagnética, os mecanismos detalhados da teoria ainda estavam sendo explorados. Uma dessas questões era sobre os detalhes da interação entre ímãs e corrente elétrica, incluindo se os campos magnéticos interagiam com os condutores ou com a própria corrente elétrica. Em 1879, Edwin Hall estava explorando essa interação e descobriu o efeito Hall enquanto fazia seu doutorado na Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland. Dezoito anos antes de o elétron ser descoberto, suas medições do minúsculo efeito produzido no aparelho que ele usava eram um tour de force experimental, publicado sob o título "Sobre uma nova ação do ímã sobre correntes elétricas".

Teoria

O efeito Hall é devido à natureza da corrente em um condutor. A corrente consiste no movimento de muitos pequenos portadores de carga, normalmente elétrons, lacunas, íons (consulte Eletromigração) ou todos os três. Quando um campo magnético está presente, essas cargas experimentam uma força, chamada de força de Lorentz. Quando tal campo magnético está ausente, as cargas seguem caminhos aproximadamente retos entre colisões com impurezas, fônons, etc. No entanto, quando um campo magnético com um componente perpendicular é aplicado, seus caminhos entre colisões são curvos, assim cargas em movimento se acumulam em uma face do material. Isso deixa cargas iguais e opostas expostas na outra face, onde há escassez de cargas móveis. O resultado é uma distribuição assimétrica da densidade de carga ao longo do elemento Hall, decorrente de uma força perpendicular ao caminho reto e ao campo magnético aplicado. A separação de carga estabelece um campo elétrico que se opõe à migração de carga adicional, de modo que um potencial elétrico constante é estabelecido enquanto a carga estiver fluindo.

No eletromagnetismo clássico, os elétrons se movem na direção oposta da corrente I (por convenção, "corrente" descreve um valor teórico e #34;fluxo de furos"). Em alguns metais e semicondutores aparece "buracos" estão realmente fluindo porque a direção da tensão é oposta à derivação abaixo.

Instalação de medição de efeito de salão para elétrons. Inicialmente, os elétrons seguem a seta curva, devido à força magnética. A certa distância dos contatos de introdução de corrente, os elétrons se acumulam no lado esquerdo e se esgotam do lado direito, o que cria um campo elétrico ?_Sim. na direção do atribuído V_{H. H. H.}. V_{H. H. H.} é negativo para alguns semicondutores onde "buracos" parecem fluir. Em estado estável, ?_Sim. será forte o suficiente para cancelar exatamente a força magnética, assim os elétrons seguem a seta reta (dashed).

A animação mostra a ação de um campo magnético em um feixe de cargas elétricas no vácuo, ou em outros termos, exclusivamente a ação da força Lorentz. Esta animação é uma ilustração de um erro típico realizado no quadro da interpretação do efeito Hall. De fato, no regime estacionário e dentro de um Hall-bar, a corrente elétrica é longitudinal qualquer que seja o campo magnético e não há corrente transversal JJSim.= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =0Não. {j_{y}=0}} (em contraste com o caso do disco de corbino). Somente o campo elétrico é modificado por um componente transversal ESim.Não. {E_{y}}}.

Para um metal simples onde existe apenas um tipo de portador de carga (elétrons), a tensão Hall V_H pode ser derivada usando a força de Lorentz e vendo que, na condição de estado estacionário, as cargas não estão se movendo na direção do eixo y. Assim, a força magnética em cada elétron na direção do eixo y é cancelada por um yforça elétrica de eixo devido ao acúmulo de cargas. O termo v_x é a velocidade de deriva da corrente que é considerada neste ponto buracos por convenção. O termo v_xB_z é negativo no <span class="texhtml" ydireção do eixo pela regra da mão direita.

F= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =q(E+v× × B){displaystyle mathbf {F} =q{bigl (}mathbf {E} +mathbf {v} times mathbf {B} {bigl)}}

Em estado estacionário, F = 0, então 0 = E_y − v_xB_z, onde E_y é atribuído na direção do y-eixo, (e não com a seta do campo elétrico induzido ξ_y como na imagem (apontando em a direção −y), que informa para onde o campo causado pelos elétrons está apontando).

Em fios, elétrons em vez de buracos estão fluindo, então v_x → −v_x e q → −q. Também E_y = −V_H/w . Substituir essas mudanças dá

VH. H. H.= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =vxBzangão.O quê?- Sim. {H} }=v_{x}B_{z}w

A corrente "buraco" convencional está na direção negativa da corrente de elétrons e o negativo da carga elétrica que dá Eu..._x = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = Não.(v_x)e) Onde? n é densidade de portador de carga, Não. é a área transversal, e - Sim.e é a carga de cada elétron. Vendendo para O quê?Não. e ligar para o acima dá a tensão Hall:

VH. H. H.= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =Eu...xBzangão.n)e- Sim. {H} }={frac {I_{x}B_{z}}{nte}}}

Se a carga acumulada foi positiva (como aparece em alguns metais e semicondutores), então o V_H atribuído na imagem teria sido negativo (a carga positiva teria se acumulado no lado esquerdo).

O coeficiente Hall é definido como

RH. H. H.= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =ESim.JJxBzangão.(exibição R_{mathrm Não. {E_{y}}{j_{x}B_{z}}}}}}

E= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =- Sim. - Sim. RH. H. H.(JJc× × B){displaystyle mathbf] Não. {H} }(mathbf {J} _{c}times mathbf {B})}

RH. H. H.= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =ESim.JJxB= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =VH. H. H.)Eu...B= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =1ne.(exibição R_{mathrm Não. {E_{y}}{j_{x}B}}={frac - Não. - Não. {1}{ne}}.}

(As unidades de R_H são geralmente expressas como m³/C, ou Ω·cm/G, ou outras variantes.) Como resultado, o efeito Hall é muito útil como meio de medir a densidade de portadores ou o campo magnético.

Uma característica muito importante do efeito Hall é que ele diferencia entre cargas positivas movendo-se em uma direção e cargas negativas movendo-se na direção oposta. No diagrama acima, é apresentado o efeito Hall com um portador de carga negativa (o elétron). Mas considere que o mesmo campo magnético e corrente são aplicados, mas a corrente é transportada para dentro do dispositivo de efeito Hall por uma partícula positiva. É claro que a partícula teria que estar se movendo na direção oposta do elétron para que a corrente fosse a mesma - para baixo no diagrama, não para cima como o elétron. E assim, mnemonicamente falando, seu polegar na lei da força de Lorentz, representando a corrente (convencional), estaria apontando na mesma direção de antes, porque a corrente é a mesma - um elétron subindo é a mesma corrente como uma carga positiva movendo-se para baixo. E com os dedos (campo magnético) também sendo os mesmos, curiosamente o portador de carga é desviado para a esquerda no diagrama, independentemente de ser positivo ou negativo. Mas se os portadores positivos forem desviados à esquerda, eles criariam uma tensão positiva relativamente à esquerda, enquanto que, se portadores negativos (ou seja, elétrons), eles criariam uma tensão negativa à esquerda, conforme mostrado no diagrama. Assim, para a mesma corrente e campo magnético, a polaridade elétrica da tensão de Hall depende da natureza interna do condutor e é útil para elucidar seu funcionamento interno.

Essa propriedade do efeito Hall ofereceu a primeira prova real de que as correntes elétricas na maioria dos metais são transportadas por elétrons em movimento, não por prótons. Ele também mostrou que em algumas substâncias (especialmente semicondutores do tipo p), é mais apropriado pensar na corrente como "buracos" elétrons em movimento, em vez de elétrons negativos. Uma fonte comum de confusão com o efeito Hall em tais materiais é que os buracos se movendo em uma direção são realmente elétrons se movendo na direção oposta, então espera-se que a polaridade da tensão Hall seja a mesma como se os elétrons fossem os portadores de carga como na maioria dos metais e n -tipo semicondutores. No entanto, observamos a polaridade oposta da tensão de Hall, indicando portadores de carga positiva. No entanto, é claro que não há pósitrons reais ou outras partículas elementares positivas carregando a carga em semicondutores do tipo p, daí o nome "buracos". Da mesma forma que a imagem excessivamente simplista da luz no vidro como fótons sendo absorvidos e reemitidos para explicar a refração se desfaz após um exame mais minucioso, essa aparente contradição também só pode ser resolvida pela moderna teoria da mecânica quântica de quasipartículas em que o movimento quantizado coletivo de múltiplas partículas pode, em um sentido físico real, ser considerado uma partícula por si só (embora não elementar).

Não relacionado, a falta de homogeneidade na amostra condutora pode resultar em um sinal espúrio do efeito Hall, mesmo na configuração van der Pauw ideal dos eletrodos. Por exemplo, um efeito Hall consistente com portadores positivos foi observado em semicondutores evidentemente do tipo n. Outra fonte de artefato, em materiais uniformes, ocorre quando a relação de aspecto da amostra não é longa o suficiente: a tensão Hall completa só se desenvolve longe dos contatos de introdução de corrente, uma vez que nos contatos a tensão transversal está em curto para zero.

Efeito Hall em semicondutores

Quando um semicondutor com corrente é mantido em um campo magnético, os portadores de carga do semicondutor experimentam uma força em uma direção perpendicular ao campo magnético e à corrente. No equilíbrio, uma tensão aparece nas bordas do semicondutor.

A fórmula simples para o coeficiente de Hall fornecida acima geralmente é uma boa explicação quando a condução é dominada por um único portador de carga. No entanto, em semicondutores e muitos metais a teoria é mais complexa, porque nesses materiais a condução pode envolver contribuições simultâneas significativas de elétrons e lacunas, que podem estar presentes em diferentes concentrações e ter diferentes mobilidades. Para campos magnéticos moderados, o coeficiente de Hall é

RH. H. H.= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =pμ μ h2- Sim. - Sim. nμ μ e2e(pμ μ h+nμ μ e)2(exibição R_{mathrm - Não. - Sim. } Tradução e Revisão: }+nmu _{mathrm {e} })^{2}}}}

RH. H. H.= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =p- Sim. - Sim. nb)2e(p+nb))2(exibição R_{mathrm {H} }={frac {p-nb^{2}}{e(p+nb)^{2}}}}

b)= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =μ μ eμ μ h.[displaystyle b={frac {mu _{mathrm {e} }}{mu _{mathrm {h}] Sim.

Para grandes campos aplicados, vale a expressão mais simples, análoga àquela para um único tipo de portadora.

Relação com a formação estelar

Embora seja bem conhecido que os campos magnéticos desempenham um papel importante na formação estelar, os modelos de pesquisa indicam que a difusão de Hall influencia criticamente a dinâmica do colapso gravitacional que forma as protoestrelas.

Efeito Salão Quântico

Para um sistema eletrônico bidimensional que pode ser produzido em um MOSFET, na presença de grande intensidade de campo magnético e baixa temperatura, pode-se observar o efeito Hall quântico, no qual a condutância Hall σ passa por transições Hall quânticas para assumir os valores quantizados.

Efeito Spin Hall

O efeito Hall de spin consiste no acúmulo de spin nas bordas laterais de uma amostra portadora de corrente. Nenhum campo magnético é necessário. Foi previsto por Mikhail Dyakonov e V. I. Perel em 1971 e observado experimentalmente mais de 30 anos depois, tanto em semicondutores quanto em metais, tanto em temperatura criogênica quanto em temperatura ambiente.

A quantidade que descreve a força do efeito Spin Hall é conhecida como ângulo Spin Hall e é definida como:

θ θ SH. H. H.= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =2e? ? |JJS||JJe|{displaystyle theta _{SH}={frac {2e}{hbar }}{frac {|j_{s}|}{|j_{e}|}}}

Onde? JJSNão. j_{s}} é a corrente de rotação gerada pela densidade de corrente aplicada JJe{displaystyle j_{e}}.

Efeito Hall de rotação quântica

Para poços quânticos bidimensionais de telureto de mercúrio com forte acoplamento spin-órbita, em campo magnético zero, a baixa temperatura, o efeito Hall do spin quântico foi observado em 2007.

Efeito Hall Anômalo

Em materiais ferromagnéticos (e materiais paramagnéticos em um campo magnético), a resistividade Hall inclui uma contribuição adicional, conhecida como efeito Hall anômalo (ou o efeito Hall extraordinário), que depende diretamente da magnetização do material, e muitas vezes é muito maior que o efeito Hall comum. (Observe que este efeito não é devido à contribuição da magnetização para o campo magnético total.) Por exemplo, no níquel, o coeficiente Hall anômalo é cerca de 100 vezes maior que o coeficiente Hall comum perto do temperatura de Curie, mas os dois são semelhantes em temperaturas muito baixas. Embora seja um fenômeno bem reconhecido, ainda há debate sobre suas origens nos diversos materiais. O efeito Hall anômalo pode ser um efeito extrínseco (relacionado ao distúrbio) devido ao espalhamento dependente do spin dos portadores de carga ou um efeito intrínseco que pode ser descrito em termos do efeito da fase Berry no espaço do momento do cristal (k-espaço).

Efeito Hall em gases ionizados

O efeito Hall em um gás ionizado (plasma) é significativamente diferente do efeito Hall em sólidos (onde o parâmetro Hall é sempre muito menor que a unidade). Em um plasma, o parâmetro Hall pode assumir qualquer valor. O parâmetro Hall, β, em um plasma é a razão entre a girofrequência do elétron, Ω_e, e a frequência de colisão de partículas pesadas por elétrons, ν:

β β = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =Ω Ω eProcesso Processo = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =eBmeProcesso Processo {displaystyle beta ={frac Sim. - Sim. {eB}{m_{mathrm {e} }nu }}}

• e é a carga elementar (aproximadamente 1.6×10.^-19.C)
• B é o campo magnético (em teslas)
• m_e é a massa de elétrons (aproximadamente 9.1×10.^{- Não.}kg).

O valor do parâmetro Hall aumenta com a intensidade do campo magnético.

Fisicamente, as trajetórias dos elétrons são curvas pela força de Lorentz. No entanto, quando o parâmetro de Hall é baixo, seu movimento entre dois encontros com partículas pesadas (neutras ou iônicas) é quase linear. Mas se o parâmetro Hall for alto, os movimentos do elétron são altamente curvos. O vetor densidade atual, J, não é mais colinear com o vetor campo elétrico, E. Os dois vetores J e E formam o Hall ângulo, θ, que também fornece o parâmetro Hall:

β β = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =bronzeado⁡ ⁡ (θ θ ).{displaystyle beta =tan(theta).}

Aplicativos

As sondas Hall são frequentemente usadas como magnetômetros, ou seja, para medir campos magnéticos ou inspecionar materiais (como tubos ou tubulações) usando os princípios de vazamento de fluxo magnético.

Dispositivos de efeito Hall produzem um nível de sinal muito baixo e, portanto, requerem amplificação. Embora adequados para instrumentos de laboratório, os amplificadores de tubo de vácuo disponíveis na primeira metade do século 20 eram muito caros, consumiam muita energia e não eram confiáveis para aplicações cotidianas. Foi somente com o desenvolvimento do circuito integrado de baixo custo que o sensor de efeito Hall tornou-se adequado para aplicação em massa. Muitos dispositivos agora vendidos como sensores de efeito Hall, na verdade, contêm o sensor descrito acima, além de um amplificador de circuito integrado (IC) de alto ganho em um único pacote. Avanços recentes adicionaram em um único pacote um conversor analógico-digital e I²C (protocolo de comunicação de circuito integrado) IC para conexão direta à porta de E/S de um microcontrolador.

Sensor de corrente de efeito Hall com amplificador de circuito integrado interno. Abertura de 8 mm. A tensão de saída de corrente zero está a meio caminho entre as tensões de fornecimento que mantêm um diferencial de 4 a 8 volts. A resposta de corrente não zero é proporcional à tensão fornecida e é linear a 60 amperes para este dispositivo particular (25 A).

Dispositivos de efeito Hall (quando embalados adequadamente) são imunes a poeira, sujeira, lama e água. Essas características tornam os dispositivos de efeito Hall melhores para detecção de posição do que meios alternativos, como detecção óptica e eletromecânica.

Quando os elétrons fluem através de um condutor, um campo magnético é produzido. Assim, é possível criar um sensor de corrente sem contato. O dispositivo possui três terminais. Uma tensão de sensor é aplicada em dois terminais e o terceiro fornece uma tensão proporcional à corrente que está sendo detectada. Isso tem várias vantagens; nenhuma resistência adicional (uma derivação, necessária para o método de detecção de corrente mais comum) precisa ser inserida no circuito primário. Além disso, a tensão presente na linha a ser detectada não é transmitida ao sensor, o que aumenta a segurança dos equipamentos de medição.

O fluxo magnético dos arredores (como outros fios) pode diminuir ou aumentar o campo que a sonda Hall pretende detectar, tornando os resultados imprecisos. Formas de medir posições mecânicas dentro de um sistema eletromagnético, como um motor de corrente contínua sem escova, incluem (1) o efeito Hall, (2) codificador de posição óptica (por exemplo, codificadores absolutos e incrementais) e (3) tensão induzida movendo a quantidade de núcleo de metal inserido em um transformador. Quando Hall é comparado a métodos fotossensíveis, é mais difícil obter uma posição absoluta com Hall. A detecção de Hall também é sensível a campos magnéticos dispersos.

Os sensores de efeito Hall estão prontamente disponíveis em vários fabricantes diferentes e podem ser usados em vários sensores, como sensores de velocidade de rotação (rodas de bicicleta, dentes de engrenagem, velocímetros automotivos, sistemas de ignição eletrônica), sensores de fluxo de fluido, sensores de corrente e sensores de pressão. Aplicações comuns são freqüentemente encontradas onde um interruptor ou potenciômetro robusto e sem contato é necessário. Isso inclui: armas de airsoft elétricas, gatilhos de armas de paintball eletropneumáticas, controles de velocidade de kart, smartphones e alguns sistemas de posicionamento global.

Diagrama do transdutor de corrente de efeito Hall integrado no anel de ferrite

Função de transferência múltipla e correspondente

Os sensores Hall podem detectar facilmente campos magnéticos dispersos, incluindo o da Terra, por isso funcionam bem como bússolas eletrônicas: mas isso também significa que esses campos dispersos podem impedir medições precisas de pequenos campos magnéticos. Para resolver esse problema, os sensores Hall geralmente são integrados a algum tipo de blindagem magnética. Por exemplo, um sensor Hall integrado a um anel de ferrite (como mostrado) pode reduzir a detecção de campos dispersos por um fator de 100 ou mais (já que os campos magnéticos externos se cancelam no anel, não gerando fluxo magnético residual). Essa configuração também fornece uma melhoria na relação sinal-ruído e efeitos de desvio de mais de 20 vezes em relação a um dispositivo Hall simples.

O alcance de um determinado sensor de passagem pode ser estendido para cima e para baixo pela fiação apropriada. Para estender o alcance para correntes mais baixas, várias voltas do fio condutor de corrente podem ser feitas através da abertura, cada volta adicionando à saída do sensor a mesma quantidade; quando o sensor é instalado em uma placa de circuito impresso, as voltas podem ser realizadas por meio de um grampo na placa. Para estender a faixa para correntes mais altas, um divisor de corrente pode ser usado. O divisor divide a corrente em dois fios de diferentes larguras e o fio mais fino, carregando uma proporção menor da corrente total, passa pelo sensor.

Uma variação do sensor de anel usa um sensor dividido que é fixado na linha, permitindo que o dispositivo seja usado em equipamentos de teste temporários. Se usado em uma instalação permanente, um sensor split permite que a corrente elétrica seja testada sem desmontar o circuito existente.

A saída é proporcional ao campo magnético aplicado e à tensão do sensor aplicada. Se o campo magnético for aplicado por um solenóide, a saída do sensor é proporcional ao produto da corrente através do solenóide e a tensão do sensor. Como a maioria das aplicações que requerem computação agora são executadas por pequenos computadores digitais, a aplicação útil restante é a detecção de potência, que combina detecção de corrente com detecção de tensão em um único dispositivo de efeito Hall.

Sentindo a corrente fornecida a uma carga e usando a tensão aplicada do dispositivo como uma tensão do sensor, é possível determinar a potência dissipada por um dispositivo.

Dispositivos de efeito Hall usados em detecção de movimento e interruptores de limite de movimento podem oferecer maior confiabilidade em ambientes extremos. Como não há partes móveis envolvidas no sensor ou ímã, a expectativa de vida típica é melhorada em comparação com as chaves eletromecânicas tradicionais. Além disso, o sensor e o ímã podem ser encapsulados em um material de proteção apropriado. Esta aplicação é usada em motores CC sem escovas.

Sensores de efeito Hall, fixados em medidores mecânicos que possuem agulhas indicadoras magnetizadas, podem traduzir a posição física ou orientação da agulha indicadora mecânica em um sinal elétrico que pode ser usado por indicadores eletrônicos, controles ou dispositivos de comunicação.

Comumente usado em distribuidores para ponto de ignição (e em alguns tipos de sensores de posição do virabrequim e do eixo de comando para tempo de pulso de injeção, detecção de velocidade, etc.) o sensor de efeito Hall é usado como um substituto direto para os pontos de disjuntor mecânico usados em aplicações automotivas anteriores. Seu uso como dispositivo de sincronização de ignição em vários tipos de distribuidores é o seguinte: um ímã permanente estacionário e um chip semicondutor de efeito Hall são montados um ao lado do outro, separados por um entreferro, formando o sensor de efeito Hall. Um rotor de metal consistindo de janelas e/ou abas é montado em um eixo e disposto de modo que, durante a rotação do eixo, as janelas e/ou abas passem pelo entreferro entre o imã permanente e o chip Hall semicondutor. Isso efetivamente protege e expõe o chip Hall ao campo do ímã permanente, independente de uma guia ou janela estar passando pelo sensor Hall. Para fins de temporização da ignição, o rotor de metal terá um número de abas de tamanho igual e/ou janelas correspondentes ao número de cilindros do motor (a aba do cilindro nº 1 sempre será única para discernimento pela Unidade de Controle do Motor). Isso produz uma saída de onda quadrada uniforme, pois o tempo de ativação/desativação (blindagem e exposição) é igual. Este sinal é usado pelo computador do motor ou ECU para controlar o tempo de ignição. Muitos sensores automotivos de efeito Hall têm um transistor NPN interno integrado com um coletor aberto e emissor aterrado, o que significa que, em vez de uma tensão ser produzida no fio de saída do sinal do sensor Hall, o transistor é ligado, fornecendo um circuito para o terra através do fio de saída de sinal.

A detecção da rotação da roda é especialmente útil em sistemas de freio antitravamento. Os princípios de tais sistemas foram estendidos e refinados para oferecer mais do que funções antiderrapantes, agora fornecendo aprimoramentos estendidos de manuseio do veículo.

Alguns tipos de motores elétricos DC sem escovas usam sensores de efeito Hall para detectar a posição do rotor e fornecer essas informações ao controlador do motor. Isso permite um controle motor mais preciso.

As aplicações para detecção de efeito Hall também se expandiram para aplicações industriais, que agora usam joysticks de efeito Hall para controlar válvulas hidráulicas, substituindo as tradicionais alavancas mecânicas por detecção sem contato. Tais aplicações incluem caminhões de mineração, retroescavadeiras, guindastes, escavadeiras, plataformas elevatórias, etc.

Um propulsor de efeito Hall (HET) é um dispositivo usado para impulsionar algumas espaçonaves, depois que elas entram em órbita ou mais longe no espaço. No HET, os átomos são ionizados e acelerados por um campo elétrico. Um campo magnético radial estabelecido por ímãs no propulsor é usado para prender elétrons que então orbitam e criam um campo elétrico devido ao efeito Hall. Um grande potencial é estabelecido entre a extremidade do propulsor, onde o propelente neutro é alimentado, e a parte onde os elétrons são produzidos; assim, os elétrons presos no campo magnético não podem cair para o potencial mais baixo. Eles são, portanto, extremamente energéticos, o que significa que eles podem ionizar átomos neutros. O propulsor neutro é bombeado para dentro da câmara e é ionizado pelos elétrons aprisionados. Íons positivos e elétrons são então ejetados do propulsor como um plasma quase neutro, criando impulso. O empuxo produzido é extremamente pequeno, com uma taxa de fluxo de massa muito baixa e uma velocidade de exaustão efetiva/impulso específico muito alto. Isso é obtido ao custo de requisitos de energia elétrica muito altos, da ordem de 4 KW para algumas centenas de milinewtons de empuxo.

O efeito Corbino

Disco de Corbino – curvas tracejadas representam caminhos espirais logarítmicos de elétrons desviados

O efeito Corbino é um fenômeno envolvendo o efeito Hall, mas uma amostra de metal em forma de disco é usada no lugar de uma retangular. Devido à sua forma, o disco de Corbino permite a observação da magnetorresistência baseada no efeito de Hall sem a tensão de Hall associada.

Uma corrente radial através de um disco circular, submetido a um campo magnético perpendicular ao plano do disco, produz uma corrente "circular" corrente através do disco.

A ausência dos limites transversais livres torna a interpretação do efeito Corbino mais simples do que a do efeito Hall.