Sonda di Hall

Una sonda Hall è un dispositivo di misura per determinare l'intensità dei campi magnetici. Il campo magnetico stesso viene misurato in A/m (ampere per metro) o Oersted. Nella scienza e nella tecnologia, tuttavia, si è più abituati all'unità di misura Tesla, utilizzata per la densità del flusso magnetico. Per questo motivo le sonde Hall di solito riportano il valore della densità di flusso magnetico in Tesla. Si può anche costruire una sonda Hall che indichi direttamente il valore della forza su uno specifico pezzo di ferro in un campo magnetico.

Utilizzo dell'effetto Hall per le sonde Hall

La sonda Hall utilizza l'effetto Hall per determinare la densità di flusso magnetico. A causa della forza di Lorentz, una forza perpendicolare alla direzione di movimento dei portatori di carica agisce sui portatori di carica che si muovono in un campo magnetico. Questa forza li spinge verso un lato del portatore di carica. L'effetto Hall è stato scoperto dal fisico americano Edwin Hall nel 1879.

La forza di Lorentz è una forza che agisce sempre sulle cariche in movimento nei campi magnetici. Se si applica una corrente a una piastra metallica in un campo magnetico, una forza agisce sui portatori della corrente, cioè gli elettroni.

La direzione della forza è perpendicolare alla direzione di movimento degli elettroni e perpendicolare al campo magnetico. La formula della forza di Lorentz \(\vec{F}\) sui portatori di carica di velocità \(\vec{v}\) nella densità di flusso magnetico \(\vec{B}\) è \(\vec{F}=q\vec{v}{\times{\vec{B}}}\), dove q indica la carica. Per gli elettroni vale quindi \(\vec{F}=-e\vec{v}{\times{\vec{B}}}\) poiché la carica dell'elettrone è semplicemente una carica elementare negativa e. Una forza diretta in modo opposto agirebbe su cariche positive. L'effetto Hall può quindi essere utilizzato anche per determinare che le particelle in movimento quando scorre la corrente (cioè gli elettroni) hanno una carica negativa e non positiva.

Nella piastrina portatrice di corrente della sonda di Hall, gli elettroni sono ora spostati verticalmente rispetto alla loro direzione di movimento e si raccolgono verso un lato della piastrina. Ciò determina una tensione elettrica tra le due parti della piastrina, che è proporzionale al campo magnetico da misurare. Dal valore della cosiddetta tensione di Hall U sulla piastrina, può quindi essere determinato con l'aiuto di un'ulteriore conversione delle forze elettriche che agiscono simultaneamente, che sono in equilibrio con la forza di Lorentz, il campo magnetico esterno in cui si trova la piastrina.