معامل القاعة
معامل هال – مقياس حراري فيزيائي
إذا كان الموصل الحامل للتيار في مجال مغناطيسي، فإن قوة لورنتز تؤثر على حاملات الشحنة عموديًا على اتجاه التيار والمجال المغناطيسي. ويُعرف فصل الشحنة الناتج باسم تأثير هول وينتج عنه جهد هول قابل للقياس.
وهذا يتناسب مع معامل هول وشدة المجال المغناطيسي. ويعتمد معامل هول وإشارته بدوره على كثافة حامل الشحنة ونوع حامل الشحنة.
- التعريف: يقيس مدى انفصال الشحنة في موصِّل حامل للتيار في مجال مغناطيسي، ويُعرف باسم تأثير هول.
- النتيجة: جهد هول قابل للقياس يتناسب مع معامل هول وشدة المجال المغناطيسي.
في أشباه الموصلات المخدّرة، يمكن أن تكون الإلكترونات سالبة الشحنة أو “الثقوب” موجبة الشحنة، أي الإلكترونات المفقودة، مسؤولة عن تدفق التيار.
ومن ناحية أخرى، في الموصلات الكهربائية التقليدية مثل النحاس، تتدفق الإلكترونات فقط.
قياس معامل هول
يمكن قياس معامل هول إذا كانت كثافة التدفق المغناطيسي للمغناطيس المستخدم معروفة من خلال تحديد سمك الموصل وجهد هول وقوة التيار.
يتيح التأثير الموصوف أعلاه قياس المجالات المغناطيسية بدقة وبدون تلامس. ومع ذلك، إذا تم استخدام مغناطيس دائم بكثافة تدفق مغناطيسي معروفة، يمكن تحديد مجموعة كاملة من المتغيرات الأخرى المقيسة.
- كثافة التدفق المغناطيسي: كمية معلومة من المغناطيس يتم تضمينها في الحساب.
- سُمك الموصل: يجب أن يكون سُمك الموصل الحامل للتيار معروفًا من أجل إتاحة إجراء قياسات دقيقة.
- جهد هول: الجهد عبر الموصل الذي يحدث نتيجة لتأثير هول.
- شدة التيار: مقدار التيار المتدفق عبر الموصل الذي يؤدي إلى توليد جهد القاعة.
تمكّن هذه القياسات من تحديد شدة المجال المغناطيسي بدون تلامس، مما يسمح بتحليل غير جراحي ودقيق للخصائص الكهربائية للمادة.
التطبيق العملي لمعامل هول
يحتوي معامل هول على مجموعة واسعة من التطبيقات التي تؤكد على تعدد استخداماته في مختلف الصناعات:
- صناعة السيارات: تُستخدم مستشعرات تأثير القاعة لقياس السرعة والمستوى وعزم الدوران وتتميز بموثوقيتها ومتانتها.
- التكنولوجيا الطبية: تُستخدم مستشعرات تأثير هول في التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لتحديد المجالات المغناطيسية القوية، مما يحسن التصوير والتشخيص.
وجود معامل هول في الممارسة العملية
يُستخدم معامل هول في العديد من التطبيقات التكنولوجية:
- الأجهزة الإلكترونية: يُستخدم لتحديد المجالات المغناطيسية في الأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية.
- أجهزة الاستشعار الصناعية: في تكنولوجيا الأتمتة، تساهم في الكشف الدقيق عن المواقع.
- تكنولوجيا الفضاء: إن قياس المجالات المغناطيسية في الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية ضروري للملاحة والأبحاث.
- الأدوات العلمية: تستخدم المؤسسات البحثية تأثير هول للتحقق من الخواص المغناطيسية للمواد.
تُظهر هذه التطبيقات المتنوعة كيف يساهم معامل هول وتأثير هول في حل التحديات المترولوجية المعقدة في مجموعة من المجالات المتخصصة.