Hall-Koeffizient

Befindet sich ein stromdurchflossener Leiter in einem Magnetfeld, so wirkt auf die Ladungsträger senkrecht zur Strom- und Magnetfeldrichtung eine Kraft. Die dadurch bewirkte Ladungstrennung wird als Hall-Effekt bezeichnet und resultiert in einer messbaren Hall-Spannung. Diese ist proportional zum Hall-Koeffizient und zur Magnetfeldstärke. Der Hall-Koeffizient und dessen Vorzeichen wiederum hängen von Ladungsträgerdichte und Art der Ladungsträger ab.

In einem dotierten Halbleiter können hierbei entweder negativ geladene Elektronen oder positiv geladene “Löcher”, also fehlende Elektronen, für einen Stromfluss verantwortlich sein. In einem herkömmlichen elektrischen Leiter wie beispielsweise Kupfer fließen hingegen ausschließlich Elektronen.

Messen lässt sich der Hall-Koeffizient, wenn die magnetische Flussdichte des verwendeten Magneten bekannt ist, indem die Dicke des Leiters, die Hall-Spannung und die Stromstärke bestimmt werden. Der oben beschriebene Effekt ermöglicht eine berührungsfreie und präzise Messung von Magnetfeldern. Verwendet man jedoch einen Permanentmagneten mit bekannter magnetischer Flussdichte, kann eine ganze Reihe weiterer Messgrößen ermittelt werden.

Das macht man sich beispielsweise in der Automobilbranche zunutze, wo zahlreiche Sensoren z. B. für die Messung von Drehzahl, Füllstand oder Drehmoment zum Einsatz kommen. Hall-Effekt-Sensoren sind dabei dank kontaktloser Messung kaum gegen äußere Einflüsse anfällig und damit verschleißarm.

Auch besonders starke Magnetfelder, wie sie beispielsweise in der Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) zum Einsatz kommen, lassen sich mithilfe des Hall-Effekts bestimmen.