स्थिरोष्म नकारात्मक और सकारात्मक हॉल प्रभाव

एक चुंबकीय क्षेत्र में रखे एक धारावाही तार में, विद्युत प्रवाह और चुंबकीय क्षेत्र की दिशाओं के लंबवत दिशा में एक वोल्टेज प्रेरित होता है। इस तरह के वोल्टेज के प्रकट होने की घटना को हॉल प्रभाव कहा जाता है, और प्रेरित वोल्टेज को ही हॉल वोल्टेज कहा जाता है।

1879 में, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी एडविन हॉल (1855-1938) ने अपने शोध प्रबंध पर काम करते हुए एक दिलचस्प प्रभाव की खोज की। उन्होंने एक पतली सोने की प्लेट ली जिसमें एक दिष्ट धारा प्रवाहित हो रही थी और उसे प्लेट के तल के लम्बवत् एक चुंबकीय क्षेत्र में रखा। इस मामले में, प्लेट के किनारों के बीच एक अतिरिक्त विद्युत क्षेत्र दिखाई दिया। बाद में, इस घटना का नाम खोजकर्ता के नाम पर रखा गया। हॉल प्रभाव ने व्यापक आवेदन पाया है: इसका उपयोग चुंबकीय क्षेत्र (हॉल सेंसर) के प्रेरण को मापने के साथ-साथ प्रवाहकीय सामग्रियों के भौतिक गुणों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है (हॉल प्रभाव का उपयोग करके, वर्तमान वाहकों की एकाग्रता की गणना कर सकते हैं और उनका चिन्ह)।

हॉल करंट इफेक्ट सेंसर मॉड्यूल ACS712 5A

विद्युत धारा वाहक दो प्रकार के होते हैं- धनात्मक वाहक एक दिशा में चलते हैं और ऋणात्मक वाहक विपरीत दिशा में चलते हैं।

एक चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से एक निश्चित दिशा में चलने वाले नकारात्मक वाहक एक ऐसे बल का अनुभव करते हैं जो उनकी गति को एक सीधे रास्ते से मोड़ देता है। एक ही चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से विपरीत दिशा में यात्रा करने वाले सकारात्मक वाहक नकारात्मक वाहक के समान दिशा में विक्षेपित होते हैं।

कंडक्टर के एक ही तरफ लोरेंत्ज़ बलों के प्रभाव में सभी वर्तमान वाहकों के इस तरह के विचलन के परिणामस्वरूप, एक वाहक जनसंख्या ढाल स्थापित होती है, और कंडक्टर के एक तरफ प्रति इकाई आयतन वाहकों की संख्या से अधिक होगी दूसरे पर।

नीचे दिया गया आंकड़ा इस प्रक्रिया के समग्र परिणाम को दिखाता है जब दो प्रकार के वाहकों की संख्या समान होती है।

यहां, दो प्रकार के वाहकों द्वारा उत्पन्न संभावित ढाल एक दूसरे के विरुद्ध निर्देशित होते हैं, ताकि बाहर से देखे जाने पर उनके प्रभाव का पता नहीं लगाया जा सके। यदि एक प्रकार के वाहक दूसरे प्रकार के वाहकों की तुलना में अधिक हैं, तो वाहक जनसंख्या प्रवणता एक हॉल ग्रेडिएंट क्षमता उत्पन्न करती है, जिसके परिणामस्वरूप तार पर लागू हॉल वोल्टेज का पता लगाया जा सकता है।

स्थिरोष्म नकारात्मक हॉल प्रभाव। यदि केवल इलेक्ट्रॉन आवेश वाहक हैं, तो तापमान प्रवणता और विद्युत विभव प्रवणता विपरीत दिशाओं में इंगित करते हैं।

स्थिरोष्म हॉल प्रभाव। यदि केवल छिद्र ही आवेश वाहक हैं, तो तापमान प्रवणता और विद्युत विभव प्रवणता एक ही दिशा में इंगित करते हैं

यदि हॉल वोल्टेज के प्रभाव में तार के माध्यम से करंट असंभव है, तो बीच में लोरेंत्ज़ बलों द्वारा और हॉल वोल्टेज संतुलन के माध्यम से स्थापित किया गया है।

इस मामले में, लोरेंत्ज़ बल तार के साथ एक वाहक जनसंख्या प्रवणता बनाते हैं, जबकि हॉल वोल्टेज तार के पूरे आयतन में एक समान जनसंख्या वितरण को पुनर्स्थापित करता है।

हॉल विद्युत क्षेत्र की ताकत (वोल्टेज प्रति यूनिट मोटाई) डी वर्तमान और चुंबकीय क्षेत्र दिशाओं के लंबवत निर्देशित निम्न सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:

Fz = KzVJ,

जहाँ K.z - हॉल गुणांक (इसका संकेत और निरपेक्ष मान विशिष्ट स्थितियों के आधार पर महत्वपूर्ण रूप से भिन्न हो सकते हैं); बी - चुंबकीय प्रेरण और जे कंडक्टर में प्रवाहित होने वाली धारा का घनत्व है (कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र की वर्तमान प्रति इकाई का मूल्य)।

आंकड़ा सामग्री की एक शीट दिखाता है जो एक मजबूत धारा i का संचालन करता है जब इसके सिरे बैटरी से जुड़े होते हैं। यदि हम विपरीत पक्षों के बीच संभावित अंतर को मापते हैं, तो यह हमें शून्य देगा, जैसा कि बाईं ओर की आकृति में दिखाया गया है। स्थिति बदल जाती है जब चुंबकीय क्षेत्र बी को शीट में धारा के लंबवत लगाया जाता है, हम देखेंगे कि विपरीत पक्षों के बीच एक बहुत छोटा संभावित अंतर V3 दिखाई देता है जैसा कि दाईं ओर की आकृति में दिखाया गया है।

शब्द «एडियाबेटिक» का उपयोग उन स्थितियों का वर्णन करने के लिए किया जाता है जहां बाहर से या विचाराधीन प्रणाली से कोई गर्मी प्रवाह नहीं होता है।

अनुप्रस्थ दिशा में गर्मी और करंट के प्रवाह को रोकने के लिए तार के दोनों किनारों पर इन्सुलेट सामग्री की परतें होती हैं।

चूंकि हॉल वोल्टेज वाहकों के असमान वितरण पर निर्भर करता है, इसे केवल शरीर के अंदर ही बनाए रखा जा सकता है यदि ऊर्जा शरीर के बाहर किसी बाहरी स्रोत से आपूर्ति की जाती है।यह ऊर्जा एक विद्युत क्षेत्र से आती है जो पदार्थ में प्रारंभिक धारा बनाता है। गैल्वेनोमैग्नेटिक पदार्थ में दो संभावित ग्रेडियेंट स्थापित होते हैं।

प्रारंभिक संभावित ढाल को पदार्थ के प्रतिरोध से गुणा प्रारंभिक वर्तमान घनत्व के रूप में परिभाषित किया गया है, और हॉल संभावित ढाल को प्रारंभिक वर्तमान घनत्व को हॉल गुणांक से गुणा करके परिभाषित किया गया है।

चूंकि ये दो ढाल परस्पर लंबवत हैं, इसलिए हम उनके सदिश योग पर विचार कर सकते हैं, जिसकी दिशा मूल धारा की दिशा से कुछ कोण से विचलित होगी।

यह कोण, जिसका मान धारा की दिशा में उन्मुख विद्युत क्षेत्र की शक्तियों और धारा की दिशा में उत्पन्न विद्युत क्षेत्र के अनुपात से निर्धारित होता है, हॉल कोण कहलाता है। यह वर्तमान की दिशा के संबंध में सकारात्मक या नकारात्मक हो सकता है, इस पर निर्भर करता है कि कौन से वाहक प्रभावशाली हैं-सकारात्मक या नकारात्मक।

हॉल प्रभाव निकटता सेंसर

हॉल प्रभाव प्रमुख लवणता वाले वाहक के प्रभाव के तंत्र पर आधारित है, जो संचालन पदार्थ के सामान्य भौतिक गुणों पर निर्भर करता है। धातुओं और एन-प्रकार के अर्धचालकों के लिए, इलेक्ट्रॉन वाहक होते हैं, पी-प्रकार के अर्धचालकों के लिए - छेद।

धारावाही आवेशों को तार के उसी तरफ विक्षेपित किया जाता है जिस ओर इलेक्ट्रॉनों को। यदि छिद्रों और इलेक्ट्रॉनों की समान सांद्रता होती है, तो वे दो विपरीत हॉल वोल्टेज उत्पन्न करते हैं। यदि उनकी सांद्रता भिन्न होती है, तो इन दो हॉल वोल्टेज में से एक प्रबल होता है और इसे मापा जा सकता है।

सकारात्मक वाहकों के लिए, लोरेंत्ज़ बलों के प्रभाव में वाहक विक्षेपण का मुकाबला करने के लिए आवश्यक हॉल वोल्टेज नकारात्मक वाहकों के लिए संबंधित वोल्टेज के विपरीत है। एन-टाइप धातुओं और अर्धचालकों में, बाहरी क्षेत्र या तापमान में परिवर्तन होने पर यह वोल्टेज साइन भी बदल सकता है।

हॉल सेंसर एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण है जिसे हॉल प्रभाव का पता लगाने और इसके परिणामों को डेटा में बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस डेटा का उपयोग सर्किट को चालू और बंद करने के लिए किया जा सकता है, कंप्यूटर द्वारा संसाधित किया जा सकता है, और डिवाइस निर्माता और सॉफ़्टवेयर द्वारा प्रदान किए गए विभिन्न प्रभावों का कारण बन सकता है।

व्यवहार में, हॉल सेंसर सरल, सस्ती माइक्रोक्रिस्किट हैं जो एक यांत्रिक प्रणाली के दृष्टिकोण, गति या विस्थापन जैसे चर का पता लगाने के लिए चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करते हैं।

हॉल सेंसर गैर-संपर्क हैं, जिसका अर्थ है कि उन्हें किसी भौतिक तत्व के संपर्क में आने की आवश्यकता नहीं है। वे अपने डिजाइन और उद्देश्य के आधार पर एक डिजिटल या एनालॉग सिग्नल उत्पन्न कर सकते हैं।

हॉल इफेक्ट सेंसर सेल फोन, जीपीएस डिवाइस, कंपास, हार्ड ड्राइव, ब्रशलेस मोटर, फैक्ट्री असेंबली लाइन, ऑटोमोबाइल, मेडिकल डिवाइस और कई इंटरनेट ऑफ थिंग्स गैजेट्स में पाए जा सकते हैं।

हॉल प्रभाव आवेदन: हॉल सेंसर और चुंबकीय मात्रा का मापन