Hall-Sonde

Een Hall-sonde is een meetapparaat om de sterkte van magnetische velden te bepalen. Het magnetische veld zelf wordt in A/m (Ampère pro meter) of Oersted gemeten. IN de natuurwetenschappen en de techniek is men echer meer gewend aan de maateenheid Tesla, die voor de magnetische fluxdichtheid wordt gebruikt. Daarom laten de Hall-sondes meestal de waarde van de magnetische fluxdichteid in Tesla zien. Ook zou een Hall-sonde kunnen worden geconstrueerd, die in een magnetisch veld rechtstreeks de waarde voor de kracht op een bepaald stuk ijzer aangeeft.

Benutting van het Hall-effect voor Hall-sondes

De Hall-sonde benut het Hall-effect ter bepaling van de magnetische fluxdichtheid. Vanwege de Lorentzkracht werkt op ladingdragers, die zich in een magnetisch veld bewegen, een kracht loodrecht op de bewegingsrichting van de ladingdragers. Deze worden hierdoor naar een zijde van de ladingdrager weggedrongen. Het Hall-effect werd gevonden door de amerikaanse natuurkundige Edwin Hall in het jaar 1879.

De Lorentzkracht is een kracht, die altijd werkt op bewegende ladingen in magnetische velden. Wanneer men nu een stroom op een metalen plaatje toepast, dat zich in een magneetveld bevindt, dan werkt er een kracht op de dragers van de stroom, d.w.z. de elektronen.

De richting van de kracht staat hierbij loodrecht op de bewegingsrichting van de elektronen en loodrecht op het magnetisch veld. De formule voor de Lorentzkracht \(\vec{F}\) op ladingddragers met de snelheid \(\vec{v}\) in de magnetische fluxdichtheid \(\vec{B}\) luidt \(\vec{F}=q\vec{v}{\times{\vec{B}}}\), waarbij q voor de lading staat. Voor elektronen geldt daaruit volgend \(\vec{F}=-e\vec{v}{\times{\vec{B}}}\), aangezien de lading van het elektron precies een negatieve elementaire lading e bedraagt. Op positieve ladingen zou precies een tegengesteld gerichte kracht werken. Het Hall-effect kan dus ook worden gebruikt om vast te stellen, dat de deeltjes, die bij de stroom in beweging zijn (dus de elektronen) een negatieve lading dragen en geen positieve.

In het plaatje in de Hall-sonde waar stroom doorheen vloeit, worden de elektronen nu loodrecht uit hun bewegingsrichting geschoven en verzamelen ze zich in de richting van een kant van het plaatje. Daardoor ontstaat over de breedte van het plaatje een elektrische spanning, die evenredig is met het magnetisch veld, dat moet worden gemeten. Uit de waarde van de zogenaamde Hall-spanning U over het plaatje kan dus met behulp van een andere omrekening de tegelijkertijd inwerkende elektrische krachten, die met de Lorentzkracht in evenwicht zijn, het externe magneetveld worden aangegeven, waarin het plaatje zich bevindt.