धातु और अर्धचालक में एक हॉल प्रभाव क्या है

हॉल इफेक्ट को एक अमेरिकी भौतिक विज्ञानी एडविन एच। हॉल द्वारा वर्ष 1879 में पेश किया गया था। यह विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की माप पर आधारित है। इसे साधारण हॉल इफेक्ट भी कहा जाता है। जब एक करंट-वहन कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र के लिए लंबवत होता है, तो उत्पन्न वोल्टेज को वर्तमान पथ पर समकोण पर मापा जाता है। जहां करंट प्रवाह एक पाइप में बहते तरल के समान है। सबसे पहले यह रासायनिक नमूनों के वर्गीकरण में लागू किया गया था। दूसरे, यह लागू था हॉल इफेक्ट सेंसर जहां यह चुंबक के डीसी क्षेत्रों को मापने के लिए इस्तेमाल किया गया था, जहां सेंसर स्थिर रखा गया है।

हॉल इफेक्ट का सिद्धांत

हॉल इफ़ेक्ट को एक करंट-वहन कंडक्टर में उत्पन्न वोल्टेज के अंतर के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो कंडक्टर में एक विद्युत प्रवाह और वर्तमान में लागू चुंबकीय क्षेत्र के लिए अनुप्रस्थ होता है।

हॉल प्रभाव = प्रेरित विद्युत क्षेत्र / वर्तमान घनत्व * लागू चुंबकीय क्षेत्र - (1)

हॉल प्रभाव

हॉल इफेक्ट का सिद्धांत

विद्युत प्रवाह को एक संचालन माध्यम में आवेशित कणों के प्रवाह के रूप में परिभाषित किया गया है। जो शुल्क प्रवाहित हो रहे हैं, वे ऋणात्मक आवेश हो सकते हैं - इलेक्ट्रॉन ‘e- are / धनात्मक आवेश - छेद। +’।

उदाहरण

लंबाई L की एक पतली संवाहक प्लेट पर विचार करें और प्लेट के दोनों सिरों को बैटरी से जोड़ दें। जहां एक छोर बैटरी के सकारात्मक छोर से प्लेट के एक छोर से जुड़ा होता है और दूसरा छोर बैटरी के नकारात्मक छोर से प्लेट के दूसरे छोर से जुड़ा होता है। अब हम मानते हैं कि वर्तमान में नकारात्मक चार्ज से प्लेट के सकारात्मक अंत तक बहना शुरू हो जाता है। इस आंदोलन के कारण, एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है।

सिद्धांत-का-हॉल-प्रभाव

लोरेंट्ज़ फोर्स

उदाहरण के लिए, यदि हम कंडक्टर के पास एक चुंबकीय नंगे रखते हैं तो चुंबकीय क्षेत्र आवेश वाहकों के चुंबकीय क्षेत्र को परेशान करेगा। यह बल जो आवेश वाहकों की दिशा को विकृत करता है, उसे लोरेंत्ज़ बल के रूप में जाना जाता है।

इसके कारण, इलेक्ट्रॉन प्लेट के एक छोर पर चले जाएंगे और छेद प्लेट के दूसरे छोर पर जाएंगे। यहां हॉल वोल्टेज को प्लेटों के दो किनारों के बीच मापा जाता है मल्टीमीटर । इस प्रभाव को हॉल प्रभाव के रूप में भी जाना जाता है। जहां धारा सीधे दोनों प्लेटों के बीच संभावित अंतर के अनुपात में विक्षेपित इलेक्ट्रॉनों के आनुपातिक होती है।

वर्तमान में बड़ा बड़ा विक्षेपित इलेक्ट्रॉनों है और इसलिए हम प्लेटों के बीच उच्च संभावित अंतर का निरीक्षण कर सकते हैं।

हॉल वोल्टेज सीधे विद्युत प्रवाह और लागू चुंबकीय क्षेत्र के लिए आनुपातिक है।

VH = I B / q n d -- ( दो )

I - सेंसर में करंट प्रवाहित होना
बी - चुंबकीय क्षेत्र की ताकत
क्ष - शुल्क
एन - प्रति यूनिट वॉल्यूम के वाहक
डी - सेंसर की मोटाई

हॉल गुणांक की व्युत्पत्ति

चलो वर्तमान IX वर्तमान घनत्व है, कंडक्टर डब्ल्यूटी के जेएक्स गुना सुधारक क्षेत्र है।

IX = JX wt = n q vx w t ---- (3)

ओम कानून के अनुसार, यदि वर्तमान बढ़ता है तो क्षेत्र भी बढ़ता है। जो के रूप में दिया गया है

JX = σ पूर्व , ---- (4)

जहां Where = कंडक्टर में सामग्री की चालकता।

कंडक्टर को एक चुंबकीय बार सही कोण रखने के उपरोक्त उदाहरण पर विचार करने पर हम जानते हैं कि यह लोरेंट्ज़ बल का अनुभव करता है। जब एक स्थिर स्थिति में पहुंच जाता है, तो किसी भी दिशा में आवेश का प्रवाह नहीं होगा, जिसका प्रतिनिधित्व किया जा सकता है,

EY = Vx Bz , ----- (5)

ईवाई - वाई-दिशा में विद्युत क्षेत्र / हॉल क्षेत्र

BZ - z- दिशा में चुंबकीय क्षेत्र

VH = – ∫0w EY day = – Ey w ———-( 6 )

VH = - ((1 / n q) IX Bz) / t, ——–– (7)

जहां आरएच = 1 / nq--- (8)

हॉल इफेक्ट की इकाइयाँ: m3 / C

हॉल की गतिशीलता

µ पी या = एन = σ एन आर एच ———— (९)

हॉल की गतिशीलता को इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के कारण or p या conduct n चालकता के रूप में परिभाषित किया गया है।

चुंबकीय प्रवाह का घनत्व

इसे चुंबकीय प्रवाह की दिशा में समकोण पर लगे क्षेत्र में चुंबकीय प्रवाह की मात्रा के रूप में परिभाषित किया गया है।

बी = वीएच डी / आरएच I ——— (१ ०)

धातुओं और अर्धचालक में हॉल प्रभाव

विद्युत क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र के अनुसार आवेश वाहक जो कि वाहक और अशुद्धियों के बीच बिखरने के कारण कुछ प्रतिरोध का अनुभव करते हैं, साथ ही वाहक और सामग्री के परमाणुओं के साथ होते हैं जो कंपन से गुजर रहे हैं। इसलिए प्रत्येक वाहक अपनी ऊर्जा खो देता है और खो देता है। जिसे निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है

हॉल-इफेक्ट-इन-मेटल्स एंड सेमीकंडक्टर्स

F मंदबुद्धि = - एमवी / टी , ----- ( ग्यारह )

t = प्रकीर्णन घटनाओं के बीच का औसत समय

न्यूटन सेकंड्स कानून के अनुसार,

M (DV / dt) = (q (E + v * B) - m v) / t —— (१ २)

वाहक का m = द्रव्यमान

जब एक स्थिर स्थिति होती है तो पैरामीटर की ‘की उपेक्षा की जाएगी

यदि 'बी' जेड-कोऑर्डिनेट है, तो हम 'वी' समीकरणों का एक सेट प्राप्त कर सकते हैं

vx = (qT Ex) / m + (qt BZ vy) / m ———— (१ ३)

vy = (qT Ey) / m - (qt BZ vx) / m ————— (१ ४)

vz = qT Ez / m ---- (पंद्रह)

हम जानते हैं कि Jx = n q vx —————— (१ ६)

उपरोक्त समीकरणों में स्थानापन्न करने पर हम इसे संशोधित कर सकते हैं

Jx = (x / (1 + (wc t) 2)) (Ex + wc t Ey) ———— (१ 1)

जे वाई = (y * (आई - डब्ल्यूसी टी एक्स) / (1 + (डब्ल्यूसी टी) 2) ) ————— (१ ()

जज = σ ईज ————— (१ ९)

हम जानते हैं कि

σ एन q2 टी / एम ---- (बीस)

ivity = चालकता

t = विश्राम का समय

तथा

wc q Bz / मी ----- ( इक्कीस )

wc = साइक्लोट्रॉन आवृत्ति

साइक्लोट्रॉन फ्रीक्वेंसी को चार्ज के रोटेशन की चुंबकीय क्षेत्र आवृत्ति के रूप में परिभाषित किया गया है। जो क्षेत्र की ताकत है।

जिसे निम्नलिखित मामलों में समझाया जा सकता है ताकि यह पता चल सके कि यह मजबूत नहीं है और / या 'टी' छोटा है

केस (i): यदि wc टी<< 1

यह एक कमजोर क्षेत्र सीमा को इंगित करता है

केस (ii): यदि wc t >> 1

यह एक मजबूत क्षेत्र सीमा को इंगित करता है।

लाभ

हॉल-प्रभाव के फायदों में निम्नलिखित शामिल हैं।

• ऑपरेशन की गति उच्च है, यानी, 100 kHz
• संचालन का पाश
• बड़े करंट को मापने की क्षमता
• यह शून्य गति को माप सकता है।

नुकसान

हॉल-प्रभाव के नुकसान में निम्नलिखित शामिल हैं।

• यह 10cm से अधिक के प्रवाह को माप नहीं सकता है
• वाहक पर तापमान का एक बड़ा प्रभाव होता है, जो सीधे आनुपातिक होता है
• यहां तक ​​कि एक चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में भी छोटे वोल्टेज मनाया जाता है जब इलेक्ट्रोड केंद्रित होते हैं।

हॉल प्रभाव के अनुप्रयोग

हॉल-प्रभाव के अनुप्रयोगों में निम्नलिखित शामिल हैं।

• चुंबकीय क्षेत्र का सीनेटर
• गुणन के लिए उपयोग किया जाता है
• प्रत्यक्ष वर्तमान मापने के लिए, यह हॉल इफेक्ट टोंग परीक्षक का उपयोग करता है
• हम चरण कोणों को माप सकते हैं
• हम रैखिक विस्थापन ट्रांसड्यूसर को भी माप सकते हैं
• अंतरिक्ष यान प्रणोदन
• बिजली की आपूर्ति संवेदन

इस प्रकार हॉल प्रभाव पर आधारित है विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत। यहां हमने हॉल गुणांक की व्युत्पत्ति देखी है, धातुओं में भी हॉल प्रभाव और अर्धचालकों । यहाँ एक प्रश्न है, ज़ीरो स्पीड ऑपरेशन में हॉल इफेक्ट कैसे लागू होता है?