Cosa è l'effetto Hall

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Introduzione

L'effetto Hall prende il nome dal fisico statunitense Edwin Hall, che nel 1879 scoprì ed interpretò il fenomeno galvano-magnetico. Grazie a questa proprietà si riesce a determinare il segno dei portatori di carica e la loro concentrazione in un materiale conduttore di corrente. Al giorno d'oggi siamo a conoscenza del fatto che le cariche mobili sono gli elettroni, anche se all'epoca non era così ovvio. Edwin Hall condusse degli esperimenti al fine di giungere alla determinazione del segno e della densità delle cariche in moto. In questa guida illustreremo nello specifico cosa è l'effetto Hall e quali sono le sue applicazioni.

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L'esperimento di Hall

Come già accennato in precedenza, Hall eseguì un esperimento per riuscire a stabilire il segno dei portatori di carica in un conduttore immerso in un campo magnetico e percorso da corrente. Egli utilizzò come conduttore una barretta di rame, attraversata da una corrente continua di intensità nota. Perpendicolarmente alla superficie della barretta fu poi imposto un campo magnetico statico, ottenuto con calamite. In queste condizioni operative si manifesta un fenomeno particolare, detto appunto effetto Hall. Una carica elettrica che scorre attraverso un conduttore in un campo magnetico è sottoposta alla forza trasversale legata al flusso, e questa altera il moto dei portatori di carica spingendoli verso un lato del conduttore. Per avere un esito di facile lettura, il conduttore non dovrà essere cilindrico, ma sottile e molto schiacciato, come una lamina. Quando c'è un accumulo di carica ai lati dei conduttori, ciò equilibra l'influenza magnetica e crea una differenza di potenziale misurabile tra i due lati del conduttore. La piccola striscia di materiale che viene utilizzata come conduttore di elettricità viene chiamato elemento di Hall, ed in genere consiste in un metallo che è conduttore oppure un semiconduttore. Attualmente la soluzione a semiconduttore è la più diffusa per le applicazioni di piccole dimensioni perché è semplice da interfacciare con l'elettronica e quindi da inserire in un sistema di misura digitale, mentre quella a lamina metallica si presta meglio a soluzioni industriali e siderurgiche.

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Approfondimeto sull'effetto Hall

Dunque l'effetto Hall, se viene implementato correttamente è in grado di fornire informazioni sia sul segno dei portatori di carica che sulla loro concentrazione. Il fenomeno fisico è di una conseguenza dell’interazione che si verifica fra le cariche elettriche in moto in un conduttore e in campo di induzione magnetica, chiamato forza di Lorentz. Nello specifico, la sonda Hall è un sistema grazie al quale è possibile determinare l'intensità di un campo magnetico, pertanto se vi è un cambiamento nel campo magnetico attorno alla sonda di Hall ci si aspetta una corrispondente variazione di quello che è detto nel potenziale Hall. Tale differenza di potenziale si ricava implementando la formula:
Vh=(1/nq)*(iB/d)

dove
i è l'intensità della corrente espressa in Ampere
n è il numero di cariche per unità di volume
q è la carica elementare
B è il l'induzione magnetica
d è la larghezza della lamina

.

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Applicazioni pratiche dell'effetto Hall

L'effetto hall trova molte applicazioni sia in campo industriale che civile. Le pinze amperometriche si basano su questa proprietà, e permettono misurazioni di corrente senza interrompere il conduttore come invece accade con gli amperometri che si montano in serie, e si possono impiegare anche per conduttori dove l'intensità di corrente è molto grande, mantenendo un alto grado di sicurezza dell'isolamento. Un'altra applicazione è nei pulsanti silenziosi, cioè quelli in cui non avviene un cortocircuito. Se ne trovano comunemente nelle tastiere per PC di fascia medio alta, nelle pulsantiere degli ascensori e in sistemi in cui si richiede un elevato grado di isolamento fra utente e apparato. Infine l'effetto Hall si impiega in metallurgia per verificare la presenza di crepe o danni strutturali in elementi di metallo, perché le crepe alterano la distribuzione di cariche superficiali nel metallo. I sensori di Hall si trovano comunemente in commercio già dimensionati e anche in miniatura per essere montati sui dispositivi mobili.

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