
【电】 hall field
【计】 Hoare
electric field
【计】 electric field
【化】 electric field
霍尔电场(Hall Electric Field)是导体或半导体中载流子在磁场作用下发生偏转时形成的横向电场,其方向垂直于电流和磁场的共同作用方向。这一现象由美国物理学家Edwin Hall于1879年发现,是霍尔效应的核心物理量。
从物理机制分析,当电流通过置于磁场中的材料时,运动电荷(如电子或空穴)受洛伦兹力作用向材料一侧聚集,导致电荷分布失衡。该电荷分离产生的电场即为霍尔电场,其强度可通过公式表达为: $$ E_H = frac{V_H}{d} = frac{I B}{n e t} $$ 其中$V_H$为霍尔电压,$B$为磁感应强度,$n$为载流子浓度,$e$为元电荷,$t$为材料厚度。
在工程应用中,霍尔电场被广泛应用于:
权威参考文献:
霍尔电场是霍尔效应中产生的横向电场,其形成过程与带电粒子的磁场偏转相关。以下是详细解释:
当载流导体或半导体被置于磁场中时,运动电荷(如电子或空穴)受洛伦兹力作用向特定方向偏转,导致导体两侧积累异种电荷。这种电荷分离形成的横向电场称为霍尔电场。
电荷偏转产生的霍尔电场会阻碍后续电荷的继续偏移,当电场力与洛伦兹力达到平衡时,电荷停止积累。此时满足公式: $$eE_H = evB$$ 其中,$E_H$为霍尔电场强度,$v$为电荷平均漂移速度,$B$为磁感应强度。
平衡状态下,霍尔电场强度可表示为: $$E_H = vB$$ 结合电流密度$I=nevbd$($n$为载流子浓度,$d$为材料厚度),可推导出霍尔电压$V_H$与磁场、电流的关系: $$V_H = frac{IB}{ned}$$ 该公式表明霍尔电压与磁场强度、电流成正比,与材料厚度和载流子浓度成反比。
霍尔电场是半导体材料和传感器技术的基础,如霍尔传感器通过测量$V_H$实现磁场检测。其强度还反映材料的导电类型(电子型或空穴型),霍尔系数$R_H=1/(nq)$是重要参数。
如需了解更多实验测量细节或参数推导,可参考材料物理相关教材或霍尔效应研究文献。
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