Mavzu: Xoll datchiklarini tuzilishi va ishlash prinsipini o’rganish
Reja:
1.Xoll effekti
2.Xoll datchiklari
1879-yilda amerikalik fizik Edvin Xoll qiziq bir fizik tajriba o‘tkazdi. U yupqa to‘rtburchak oltin plastinani kuchli magnit maydoniga, ushbu magnit maydoni tekisligiga perpendikulyar tarzda joylashtirdi. Keling, x va x’ o‘sha tilla to‘rtburchakning ikkita qarama-qarshi tomonini ifodalasin; y va y‘ esa qolgan yana ikkita qarama-qarshi tomoni bo‘lsin. Olim tilla to‘rtburchakning x va x’ tomonlariga batareykaning qutblarini uladi va tok x yo‘nalishda oqishni boshladi. Shunda Xoll hayrat bilan shuni kuzatdiki, y va y’ tomonlar orasida ham muayyan elektr kuchlanishi yuzaga keldi. Ushbu kuchlanish esa, tokning zichligi va magnit maydoni qiymati Bz ning ko‘paytmasiga proporsional ekan. Ko‘p yillar mobaynida, Xoll effektidan amaliy foydalanish sohasini topish qiyin bo‘ldi. Chunki, bunda hosil bo‘layotgan kuchlanish qiymati juda past edi. Lekin, ushbu effekt, XX-asrning ikkinchi yarmida butun dunyo bo‘ylab son-sanoqsiz sondagi ilmiy tadqiqotlar va tajriba-sinov ishlanmalarida anchayin foydali manba sifatida qo‘llanildi. Aytish joizki, Xoll tomonidan bunday past kuchlanishni kashf qilishi, elektron kashf qilinishidan naq 18-yil avvalroq sodir bo‘lgan edi.
Xoll konstantasi RH - induksiyalangan elektr maydoni Ey ning, tok zichligi jx va Bz ko‘paytmasi bilan o‘zaro nisbatiga teng:
y o‘qi bo‘ylab yuzaga keladigan kuchlanish va tok kuchining o‘zaro nisbati xoll qarshiligi deyiladi. Xoll konstantasi ham, xoll qarshiligi ham qaralayotgan moddaning xossasi bo‘ladi. Xoll effekti magnit maydoni va tok tashuvchilarining zichligini o‘lchashda juda ham qo‘l keluvchi muhim fizik effekt bo‘lib chiqdi. Biz ataylab, «tok tashuvchilari» degan jumlani qo‘llamoqdamiz. Chunki, biz bilgan elektr tokini nafaqat elektronlar, balki boshqa turdagi zaryadlangan zarralar ham tashishi mumkin. Masalan, musbat zaryadlangan tok tashuvchilaridan teshiklarni eslash o‘rinli.
Hozirgi kunda Xoll effektidan foydalanib ishlovchi qurilmalar talaygina. Xususan, magnit maydonini yoki suyuqlik oqimlarini qayd qiluvchi datchiklari, bosim datchiklari, hamda, avtomobilni o‘t oldirish taqsimlagichlari shular jumlasidandir. 1980-yilda nemis fizigi Klaus fon Klitsing kvant miqyosidagi Xoll effektini ham kashf qildi. Aniqlanishicha, kuchli magnit maydoni va past haroratlarda, xoll qarshiligining magnit maydoni bilan bog‘liqlik grafigida sakrashlar kuzatilar ekan. Kvant mexanikasi, toʻlqin mexanikasi — nazariy fizikaning juda kichik o'lchamli zarralar (elementar zarra, atom, molekula va h.k.) harakat qonunlarini oʻrganuvchi boʻlimi. XX asr boshida qator omillar — atomlarning turgʻunligi, fotoeffekt, radioaktivlik, qora jismning nurlanishi singari hodisalarni klassik mexanika va klassik elektrodinamika asosida tushuntirib berish imkoni boʻlmay qolganligi kvant mexanikasini paydo boʻlishiga olib keldi. M. Plank, A. Eynshteyn va N. Bor kabi olimlarning ishlari kvant mexanikasining yaratilishiga asos boʻldi.
Xoll datchiklari texnikada ko‘p ishlatiladi. Shuning uchun ham uning ishlash printsipiga batafsil to‘xtalib o‘tamiz. 1879 yilda xozirda Xoll effekti nomi bilan yuritiluvchi fizik xossani amerikalik fizik Edvin Xoll ochgan. Xoll datchiklari shu effektga asosan ishlaydi. Xozirgi paytda Xoll datchiklari magnit maydonini aniqlash uchun, ob`ektning siljishi va holatini aniqlash uchun ishlatiladi. Xoll effekti elektr zaryadini tashuvchi va tashqi magnit maydonini o‘zaro tasiriga asoslangan. Metallarda zaryad tashuvchi sifatida elektronlar ishtirok etadi. Elektronlar magnit maydonida harakatlanganda magnit maydonida ularga og’diruvchi kuch tasir etadi. Magnit maydoni elektr zaryadini og’dirish kuchi formulasi
F = qvB
Bu erda q = 1,6×10-19 Kl(kulon) — elektron zaryad miqdori, v — elektron zaryad tezligi, B — magnit induktsiyasi. F va B miqdorlar vektor miqdorlar. Og’diruvchi kuch yo‘nalishi va uning miqdori, fazoda magnit oqimini joylashishiga va elektronlar harakati yo‘nalishiga bog’liq. Magnit induktsiyasi B ni birligi tesla da o‘lchanadi. 1 Tesla = 1 Nyuton / (amper*metr) = 104Gauss.
Aytaylik, elektronlar B magnit maydoniga joylashgan elektro‘tkazuvchi plastina ichida harakatlansin. Plastinani ikki tomoniga elektrodlar o‘rnatilgan bo‘lsin. Ularni voltmetrga ulaymiz. Plastinani yuqori va pastki qismlariga yana ikkita elektrod o‘rnatilgan. Ularni tok manbaiga ulaymiz. Tashqi magnit maydoni harakati tasirida og’diruvchi kuch yuzaga keladi. Bu kuch elektronlarni o‘ng tomonga og’diradi.
Shuning uchun ham o‘ng tomondagi elektrod chap tomondagiga nisbatan manfiyroq zaryadlangan bo‘ladi. Magnit maydoni va elektr tokini bir – biriga o‘zaro tasiri natijasida potentsiallarning ko‘ndalang ayirmasi hosil bo‘ladi. Bu Xoll kuchlanishi deb ataladi. Xoll kuchlanishining ishorasi va amplitudasi magnit va elektr maydonlarining yo‘nalishi va miqdoriga bog’liq.
Fiksirlangan haroratda uni quyidagi formula orqali ifodalash mumkin: V=hBsina
Bu erda a — magnit maydoni vektori va Xoll plastinasi tekisligi orasidagi burchak. h — datchikning sezgirligi. Datchikning sezgirlik qiymati plastinani materialiga, uning yuzasiga va haroratga bog’liq. Xoll datchigining sezgirligi Xoll koeffitsientiga,ya’ni ko’ndalang elektr maydoni gradientining birlik magnit maydoni intensivligi va birlik tok zichligining nisbati bilan aniqlanadi.Metallardagi erkin elektronlar nazariyasiga asosan,Xoll koeffitsientini qo’yidagicha topish mumkin
|
