谈霍尔效应及其运用高中物理新教材在《磁场》中对霍尔效应进行了,但过于简单,为方便同学们学习,现对霍尔效应及其运用进行简单
美国物理学家霍尔在 1879 年讨论金属的导电机构时发现:当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差,这一现象便是霍尔效应,这个电势差也被叫做霍尔电势差
这就好比是一条路,原来大家(载流子)是均匀地分布在路面上,往前移动,但是当有强风(磁场)时,大家(载流子)会被推到靠路的左边(或右边)行走,故路(导体)的两侧就会因人员的密度差(电荷堆积)而产生压力差(电势差),这就叫霍尔效应
其实质是带电粒子以一定的速度垂直进入外磁场,粒子由于受到在洛伦兹力的作用而发生了偏移
为方便起见,现在假设有一个长方体金属导体,如下图所示:导体长度分别为 a、b、c,磁场垂直平面 ab,设磁感应强度为 B
电流经过 ac 面(载流子是电子,电量为-e),电流强度 I=nevS,(n 为导体单位体积的电荷数,即电荷密度,S 为导体 ac 面的截面积,大小为 ac)
设霍尔电压为 U,则导体沿霍尔电压方向的电场为 E=U/a
则有:FE=FB,即:eE=evB,eU/a=evB,U/a=BI/(neac),即:U=BI/(nec)
注意:在此种情况下,导体上表面的电势比下表面的电势高
假如导体里的载流子是正电荷,则是下表面的电势比上表面的电势高(由高中物理左手定则即可以判定)
根据霍尔效应做成的器件叫霍尔器件,就是以磁场为工作媒体,将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出,使之具备传感和开关等功能
如流量计:导体的电流强度 I=nevS,由于霍尔电压为U=BI/(nqc),对于特定导体,所加的磁感应强度 B 一定,nqc 一定,即:I 正比于 v(v 为自由电荷的定向移动速度),只要找到 I 与 v 的相关性,就能将各种管道内流体的流速 v