Hiệu ứng Hall

Ứng dụng

Hiệu ứng Hall được sử dụng chủ yếu trong các thiết bị đo, đầu dò. Các thiết bị này thường phát ra tín hiệu rất yếu và cần được khuếch đại. Đầu thế kỷ 20, các máy khuếch đại dùng bóng chân không quá tốn kém, nên các đầu đo kiểu này chỉ được phát triển từ khi có công nghệ vi mạch bán dẫn. Ngày nay, nhiều "đầu dò hiệu ứng Hall" chứa sẵn các máy khuếch đại bên trong.

Cuốn dòng cần đo

Dòng điện cần đo có thể được cuốn quanh thiết bị đo. Các độ nhạy ứng với các cường độ dòng điện khác nhau có thể được thay đổi bằng số vòng cuốn quanh thiết bị đo. Phương pháp này thích hợp cho các ampe kế lắp vĩnh cửu vào cùng mạch điện.

Kẹp vào dòng cần đo

Thiết bị được kẹp vào dây dẫn điện. Phương pháp này dùng trong kiểm tra đo đạc, không lắp vĩnh cửu cùng mạch điện.

Tính nhân

Về cơ bản ứng dụng này dựa vào công thức của hiệu ứng Hall: hiệu thế Hall là tích của cường độ dòng điện (tỷ lệ với hiệu điện thế áp dụng lên thanh Hall, nhờ định luật Ohm) với cường độ từ trường (có thể được sinh ra từ một cuộn cảm, tỷ lệ với hiệu điện thế áp dụng lên cuộn cảm).

Đo công suất điện

Công suất tiêu thụ của một mạch điện là tích của cường độ dòng điện và hiệu điện thế trên mạch. Vậy có thể đo công suất này bằng cách đo dòng điện (như mô tả ở trên) đồng thời với việc dùng hiệu điện thế của mạch điện để nuôi dòng qua thanh Hall. Phương pháp như vậy có thể được cải tiến để đo công suất dòng điện xoay chiều trong sinh hoạt dân dụng.
Nó thường chính xác hơn các thiết bị truyền thông và ít gây cản trở dòng điện

Xác định vị trí và chuyển động

Hiệu ứng Hall có thể dùng để xác định vị trí cơ học. Các thiết bị kiểu này không có một chi tiết cơ học chuyển động nào và có thể được chế tạo kín, chịu được bụi, chất bẩn, độ ẩm, bùn lầy... Điều này giúp các thiết bị này có thể đo đạc vị trí tiện hơn dụng cụ quang học hay cơ điện.

Khởi động ô-tô

Khi quay ổ khóa khởi động ô-tô, một nam châm gắn cùng ổ khóa quay theo, gây nên thay đổi từ trường, được cảm nhận bởi thiết bị dùng hiệu ứng Hall. Phương pháp này tiện lợi vì nó không gây hao mòn như phương pháp cơ học khác.

Dò chuyển động quay

Việc dò chuyển động quay tương tự như trên rất có ích trong chế tạo hệ thống hãm phanh chống trượt nhạy bén hơn của ô-tô, giúp người điều khiển xe dễ dàng hơn.

Lịch sử khám phá

Năm 1878, Edwin Herbert Hall, khi đang là sinh viên của trường Đại học Johns Hopkins, đọc quyển sách "Luận về thuyết Điện từ" viết bởi James Clerk Maxwell. Ông đã thắc mắc với giáo sư của mình là Henry Rowland về một nhận xét của Maxwell rằng "lực điện từ đặt lên dây dẫn không tác dụng trực tiếp lên dòng điện mà tác động lên dây dẫn mang dòng điện đó". Rowland cũng nghi ngờ tính xác thực của kết luận đó nhưng những kiểm tra bằng thực nghiệm của ông đã không mang lại kết quả phản bác.
Hall quyết định tiến hành nhiều thí nghiệm và cũng đã thất bại. Cuối cùng, ông làm lại thí nghiệm của Rowland, nhưng thay thế dây dẫn kim loại trong thí nghiệm này bằng một lá vàng mỏng. Hall đã nhận thấy từ trường làm thay đổi sự phân bố điện tích trong lá vàng và làm lệch kim của điện kế nối với các mặt bên của nó. Thí nghiệm đã không chỉ thỏa mãn thắc mắc của Hall về nhận xét của Maxwell, mà đã khẳng định bản chất dòng điện trong kim loại.
Ngày nay, ta biết là điều kiện thí nghiệm thời ấy chỉ tạo được từ trường yếu và hiệu ứng chỉ quan sát được khi kim loại dẫn điện rất tốt như vàng. Hall đã đi đúng hướng khi sử dụng vàng trong thí nghiệm của mình, để khám phá ra một hiệu ứng cơ bản trong vật lý chất rắn hiện đại.
Phát hiện này cũng đã mang lại cho Hall một vị trí tại trường Đại học Harvard. Công trình của ông được xuất bản năm 1879. Năm 1881, sách của Maxwell được tái bản lần hai với chú thích: "Ông Hall đã phát hiện rằng một từ trường ổn định có thể làm thay đổi chút ít sự phân bố dòng điện trong phần lớn các dây dẫn, vì vậy tuyên bố của Maxwell chỉ được xem như là gần đúng."
Hiệu ứng Hall không chỉ được ứng dụng trong nhiều ngành công nghệ từ cuối thế kỷ 20, mà còn là tiền đề cho các khám phá tương tự cùng thời kỳ này như hiệu ứng Hall lượng tử, một hiệu ứng đã mang lại giải thưởng Nobel vật lý cho người khám phá ra nó.