
【電】 hall field
【計】 Hoare
electric field
【計】 electric field
【化】 electric field
霍爾電場(Hall Electric Field)是導體或半導體中載流子在磁場作用下發生偏轉時形成的橫向電場,其方向垂直于電流和磁場的共同作用方向。這一現象由美國物理學家Edwin Hall于1879年發現,是霍爾效應的核心物理量。
從物理機制分析,當電流通過置于磁場中的材料時,運動電荷(如電子或空穴)受洛倫茲力作用向材料一側聚集,導緻電荷分布失衡。該電荷分離産生的電場即為霍爾電場,其強度可通過公式表達為: $$ E_H = frac{V_H}{d} = frac{I B}{n e t} $$ 其中$V_H$為霍爾電壓,$B$為磁感應強度,$n$為載流子濃度,$e$為元電荷,$t$為材料厚度。
在工程應用中,霍爾電場被廣泛應用于:
權威參考文獻:
霍爾電場是霍爾效應中産生的橫向電場,其形成過程與帶電粒子的磁場偏轉相關。以下是詳細解釋:
當載流導體或半導體被置于磁場中時,運動電荷(如電子或空穴)受洛倫茲力作用向特定方向偏轉,導緻導體兩側積累異種電荷。這種電荷分離形成的橫向電場稱為霍爾電場。
電荷偏轉産生的霍爾電場會阻礙後續電荷的繼續偏移,當電場力與洛倫茲力達到平衡時,電荷停止積累。此時滿足公式: $$eE_H = evB$$ 其中,$E_H$為霍爾電場強度,$v$為電荷平均漂移速度,$B$為磁感應強度。
平衡狀态下,霍爾電場強度可表示為: $$E_H = vB$$ 結合電流密度$I=nevbd$($n$為載流子濃度,$d$為材料厚度),可推導出霍爾電壓$V_H$與磁場、電流的關系: $$V_H = frac{IB}{ned}$$ 該公式表明霍爾電壓與磁場強度、電流成正比,與材料厚度和載流子濃度成反比。
霍爾電場是半導體材料和傳感器技術的基礎,如霍爾傳感器通過測量$V_H$實現磁場檢測。其強度還反映材料的導電類型(電子型或空穴型),霍爾系數$R_H=1/(nq)$是重要參數。
如需了解更多實驗測量細節或參數推導,可參考材料物理相關教材或霍爾效應研究文獻。
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