Hall-Effekt
Physik
Basiswissen
Ein Strom in einem Leiter fließt durch eine Magnetfeld. Dabei kann eine Spannung quer zur Leiterrichtung entstehen. Diese Spannung nennt man die Hall-Spannung. Mit ihr kann indirekt die Stärke des Magnetfeldes gemessen werden. Das ist hier mit Formel erklärt.
Entstehung
Man stelle sich einen geraden Stromleiter mit einem gewissen Leitungsquerschnitt (Leitungsdicke) vor. Der Leiter führt durch ein homogenes und zeitlich unveränderliches (konstantes) Magnetfeld. Bewegen sich Ladungen durch diesen Leiter, wirkt auf sie automatisch eine Lorentzkraft: Nach der linke-Hand-Regel erfahren die Elektronen eine Kraft sowohl senkrecht zu ihrer eigenen Bewegungsrichtung als auch senkrecht zu den Magnetfeldlinien. Dadurch werden die im Leiter fließenden Elektronen zu einer Seite des Leiters hin gedrängt. Das führt zu einer erhöhten Elektronendichte auf einer Seite des Leiters gegenüber der anderen. Unterschiede in der Elektronendichte führen letztendlich zu einer Spannung quer zur Leiterrichtung. Diese Spannung ist die Hall-Spannung. Das ganze Phänomen nennt man den Hall-Effekt.
Berechnung der Hall-Spannung
- U = A·I·B:d
- U = I·B/(Nᵥ·e·d)
Legende
- U = z. B. in Volt: die Hall-Spannung ↗
- A = z. B. in m³/C: die Hall-Konstante ↗
- I = z. B. in Ampere: die Stromstärke ↗
- B = z. B. in Tesla: die magnetische Flussdichte ↗
- d = z. B. in Meter: die Dicke des Leiters quer zu den Magnetfeldlinien
- Nᵥ = z. B. in Mol/m³ ist die Ladungsträgerdichte ↗
Hinweis
Die Dicke entspricht immer der Strecke, über die hinweg die Hall-Spannung gemessen wird.
Fußnoten
- [1] Die Formel U = I·B/(Nᵥ·e·d) stammt aus: Metzler Physik. 5. Auflage. 592 Seiten. Westermann Verlag. 2022. ISBN: 978-3-14-100100-6. Dort die Seite 243.
