9. Гальвано- и термомагнитные явления

9.1. Гальваномагнитные явления

Гальваномагнитные явления – это совокупность явлений, возникающих под действием магнитного поля в проводниках, по которым протекает электрический ток. При этом в направлении перпендикулярном направлениям магнитного поля и направлению тока, возникает электрическое поле (эффект Холла).

Коэффициент Холла может быть положительным и отрицательным и даже менять знак с изменением температуры. Для большинства металлов наблюдается почти полная независимость коэффициента Холла от температуры. Резко аномальным эффектом Холла обладает висмут, мышьяк и сурьма. В ферромагнетиках наблюдается особый, ферромагнитный эффект Холла. Коэффициент Холла достигает максимума в точке Кюри, а затем снижается.

Это применяется в Способе измерения магнитной индукции в образце из магнитотвердого материала путем помещения испытуемого образца во внешнее магнитное поле, отличающийся тем, что с целью повышения точности и сокращении времени измерения через поперечное сечение образца пропускают электрический ток и измеряют ЭДС. Холла на его основных гранях, по которой судят об искомой величине.

В направлении перпендикулярном к направлению магнитного поля и направлению тока возникает температурный градиент (разность температур) эффект Эттингсгаузена.

Изменяется сопротивление проводника, что эквивалентно возникновению добавочной разности потенциалов вдоль направления электрического тока. Для обычных металлов это изменение мало – порядка 0,1 % в поле 20 кВ, однако для висмута и полупроводников величина изменения может достигать 200 % (в полях 80 кВ.).

На основе этого разработали универсальный гальваномагнитный датчик, содержащий плоские токовые и холловские электроды точечность контакта которых обеспечивает перемычки в теле датчика, отличающийся тем, что с целью уменьшения эффекта закорачивания холловского напряжения токовыми электродами использования одного и того же единого гальваномагнитного датчика как датчика ЭДС Холла или как датчика магнитосопротивления, или как гиратора, токовые электроды расположены вдоль эквипотенциальных линий поля Холла или под острым углом к ним, например, по ребрам плоского датчика, а для перехода из одного используемого эффекта к другому применено коммутирующее устройство и регулируемый источник питания.

Эффект Холла – возникновение в твердом проводнике с током плотностью j, помещенном в магнитное поле Н, электрического поля в направлении перпендикулярном Н и j.

Открыт американским физиком Э.Г. Холлом в 1879 г. в тонких пластинах золота.

Эффект Холла объясняется взаимодействием носителей заряда с магнитным полем. В магнитном поле на электроны действует сила Лоренца, под действием которой частицы отклоняются в направлении, перпендикулярном j и Н. В результате на боковой грани пластины происходит накопление зарядов и возникает поле Холла, которое в свою очередь, действуя на заряды, уравновешивает силу Лоренца.

Эффект Холла

Использование: для умножения постоянных токов в АВМ, измерительной технике, датчики Холла [3].

9.2. Термомагнитные явления

Термомагнитные явления– совокупность явлений, возникающих под действием магнитного поля в проводниках, внутри которых имеется тепловой поток.

При поперечном намагничивании проводника возникает следующие термомагнитные явления:

В направлении перпендикулярном градиенту температур и направлению магнитного поля возникает градиент температур (эффект Риге-Ледюка).

При продольном намагничивании образца изменяется сопротивление, термо - ЭДС, теплопроводность (появляется тепловой поток).

Термомагнитный эффект –состоит в том, что в проводнике с перепадом температуры, помещенном в постоянное магнитное поле Н, перпендикулярное тепловому потоку, возникает вторичная разность температур в направлении, перпендикулярном тепловому потоку и полю Н.

Открыт итальянцем А. Риги и французом С. Ледюком в 1887 г. Количественной характеристикой термомагнитного эффекта является коэффициент a_rl , зависящий от типа носителей: для электронов a_rl < 0 для дырок a_rl > 0.

где – градиент, возникающий при приложении поля Н;

– начальный градиент температуры.

Используется в устройстве для измерения ЭДС поперечного эффекта Кернота-Эттингсгаузена в полупроводниковых материалах, содержащее нагреватель, холодильник и термопары-зонды, отличающиеся тем, что с целью исключения неизотермической части ЭДС Нернота-Эттингсгаузена, уменьшения тепловых потерь и исключения циркуляционных токов на контакте полупроводникизмерительные зонды, термопары-зонды подведены к поверхности исследуемого образца через массивные металлические блоки холодильника и нагревателя, находящиеся в хорошем тепловом контакте с образцом, электрически изолированные от последнего.

В этом авторском свидетельстве физический эффект не применен для решения задач. Оно просто демонстрирует, что использование эффектов требует как их знания, так и решения сложных электрических задач.

Электронный фототермомагнитный эффект– появление ЭДС в однородном проводнике (полупроводнике или металле), помещенном в магнитном поле, обусловленное поглощением электромагнитного получения свободными носителями заряда. Магнитное поле должно быть перпендикулярно потоку излучения. Этот эффект применяется в высокочувствительных 10^-13Вт, сек 1/2 приемниках длинноволнового инфракрасного излучения. Постоянная времени эффекта – 10^-7сек.