Introducción Teórica al efecto Hall
El efecto Hall consiste en que en un metal o semiconductor con corriente, situado en un campo magnético perpendicular al vector densidad de corriente, surge un campo eléctrico transversal y un diferencia de potencial.
La causa del efecto Hall es la desviación que experimentan los electrones que se mueven en el campo magnético bajo la acción de la fuerza de Lorentz.
Las siguientes figuras muestran las direcciones del campo magnético B, de la densidad de corriente J, la fuerza de Lorentz F, la velocidad de las cargas V (según sean estas positivas o negativas), así como los signos de las cargas concentradas en las caras opuestas superior e inferior para cada tipo de carga (negativa y positiva).
La electricidad parásita
La inducción de un campo eléctrico transversal a un sólido electrificado en un campo magnético perpendicular a la corriente regula numerosos aspectos de la magnetohidrodinámica.
Edwin Herbert Hall fue un físico americano cuyo nombre ha pasado a la posteridad debido a una singularidad electromagnética que descubrió por causalidad, en el curso de un montaje eléctrico, y de un modo que recuerda al de Oersted cuando descubrió la inducción de un campo magnético por la corriente eléctrica.
Cuando una placa metálica transmite una corriente eléctrica y se halla situada en un campo magnético perpendicular a la dirección de la corriente, se desarrolla por encima de la placa un campo eléctrico transversal, es decir, perpendicular al sentido de la corriente. Este campo, denominado campo de Hall, es la resultante de fuerzas ejercidas por el campo magnético sobre las partículas de la corriente eléctrica, sean positivas o negativas, o positivas en un sentido y negativas en el otro.
Implicaciones del efecto Hall
Este fenómeno tiene dos consecuencias principales. La primera es que la acumulación de cargas en un lado de la placa, en el campo así creado, implica que el otro lado tiene una carga opuesta, creándose entonces una diferencia de potencial; la segunda es que la carga positiva posee un potencial superior al de la carga negativa. La medida del potencial permite, por tanto, determinar si se trata de un campo positivo o negativo.
En la mayor parte de los metales, la carga es negativa, pero en algunos metales como el hierro, el zinc, el berilio y el cadmio es positiva, y en los semiconductores es positiva y negativa al mismo tiempo. Hay una desigualdad entre los intercambios negativos y los positivos; también en este caso, la medida del potencial permite saber cuál domina, el positivo o el negativo.
La magnetohidrodinámica
La medida del efecto Hall es compleja, pues es directamente proporcional a la intensidad de la corriente, a la del campo magnético y a un índice específico, llamado índice de Hall, que viene determinado por la naturaleza y el espesor del sólido conductor, así como por la temperatura.
El conocimiento del efecto Hall ha desempeñado un papel determinante en la magnetohidrodinámica o dinámica de los fluidos conductores bajo el influjo de un campo magnético (esencial en la física de los plasmas y en la investigación de la fusión nuclear, porque permite, entre otras cosas, obtener plasmas sin pared). En la construcción de generadores MHD de flujo gaseoso, por ejemplo, el campo de Hall adicional disminuye seriamente el rendimiento, porque retira los electrones del flujo original, dificultad que se ha resuelto segmentando los electrodos y uniendo cada uno a una carga individual. Este tipo de generador se denomina Faraday.
En generador Faraday es el que se impone cuando el efecto Hall es relativamente débil, es decir, cuando lo que se denomina el parámetro de Hall es inferior a la unidad de campo.
Cuando el parámetro de Hall es superior a la unidad, se puede establecer un «cortocircuito» en la corriente axial y utilizarla de modo independiente para producir electricidad; este tipo de generador se denomina Hall. Hay un modelo de generador mixto, en el que los electrodos se enlazan en diagonal, lo que permite tener una sola carga y obtener un rendimiento satisfactorio, pues el rendimiento del tipo Faraday es superior al del tipo Hall, aunque éste presenta la ventaja de que sólo impone una carga.
Se han ideado muchas soluciones para evitar el efecto Hall, una de las cuales, por ejemplo, consiste en hacer circular el gas de modo radial entre dos discos, lo que crea una corriente circular y genera electricidad de dos maneras: una directa, por el flujo circular gaseoso, y otra indirecta, por el efecto Hall y por el campo eléctrico radial. El efecto Hall es débil y casi despreciable para los líquidos y los gases poco ionizados, pero muy intenso para los plasmas, que, evidentemente, son con los que más se utiliza.
Un efecto económico
El efecto Hall se ha estudiado sobre todo a partir de 1960, fecha en la que se demostró que al añadir un transformador MHD de energía a las centrales térmicas clásicas, de combustible fósil, se podía aumentar el rendimiento en un 10 %. Puede aumentar también el rendimiento de las centrales nucleares.
El efecto Hall se utiliza asimismo con mucha frecuencia en astrofísica, para establecer modelos teóricos de los flujos de plasma, por ejemplo, para explicar las manchas y los ciclos solares o ciertas anomalías de los campos electromagnéticos de las estrellas. Se tiene asimismo en cuenta en los modelos de la magnetosfera terrestre.
Numerosos estudios de fenómenos magnéticos, ya sean ferromagnéticos, paramagnéticos o diamagnéticos, hacen que intervenga este efecto cuando hay circulación de corriente eléctrica. En el campo de la electromagnética aplicada hay semiconductores de efecto Hall.
Aderlis S. Marquez G.
EES
El efecto Hall consiste en que en un metal o semiconductor con corriente, situado en un campo magnético perpendicular al vector densidad de corriente, surge un campo eléctrico transversal y un diferencia de potencial.
La causa del efecto Hall es la desviación que experimentan los electrones que se mueven en el campo magnético bajo la acción de la fuerza de Lorentz.
Las siguientes figuras muestran las direcciones del campo magnético B, de la densidad de corriente J, la fuerza de Lorentz F, la velocidad de las cargas V (según sean estas positivas o negativas), así como los signos de las cargas concentradas en las caras opuestas superior e inferior para cada tipo de carga (negativa y positiva).
La electricidad parásita
La inducción de un campo eléctrico transversal a un sólido electrificado en un campo magnético perpendicular a la corriente regula numerosos aspectos de la magnetohidrodinámica.
Edwin Herbert Hall fue un físico americano cuyo nombre ha pasado a la posteridad debido a una singularidad electromagnética que descubrió por causalidad, en el curso de un montaje eléctrico, y de un modo que recuerda al de Oersted cuando descubrió la inducción de un campo magnético por la corriente eléctrica.
Cuando una placa metálica transmite una corriente eléctrica y se halla situada en un campo magnético perpendicular a la dirección de la corriente, se desarrolla por encima de la placa un campo eléctrico transversal, es decir, perpendicular al sentido de la corriente. Este campo, denominado campo de Hall, es la resultante de fuerzas ejercidas por el campo magnético sobre las partículas de la corriente eléctrica, sean positivas o negativas, o positivas en un sentido y negativas en el otro.
Implicaciones del efecto Hall
Este fenómeno tiene dos consecuencias principales. La primera es que la acumulación de cargas en un lado de la placa, en el campo así creado, implica que el otro lado tiene una carga opuesta, creándose entonces una diferencia de potencial; la segunda es que la carga positiva posee un potencial superior al de la carga negativa. La medida del potencial permite, por tanto, determinar si se trata de un campo positivo o negativo.
En la mayor parte de los metales, la carga es negativa, pero en algunos metales como el hierro, el zinc, el berilio y el cadmio es positiva, y en los semiconductores es positiva y negativa al mismo tiempo. Hay una desigualdad entre los intercambios negativos y los positivos; también en este caso, la medida del potencial permite saber cuál domina, el positivo o el negativo.
La magnetohidrodinámica
La medida del efecto Hall es compleja, pues es directamente proporcional a la intensidad de la corriente, a la del campo magnético y a un índice específico, llamado índice de Hall, que viene determinado por la naturaleza y el espesor del sólido conductor, así como por la temperatura.
El conocimiento del efecto Hall ha desempeñado un papel determinante en la magnetohidrodinámica o dinámica de los fluidos conductores bajo el influjo de un campo magnético (esencial en la física de los plasmas y en la investigación de la fusión nuclear, porque permite, entre otras cosas, obtener plasmas sin pared). En la construcción de generadores MHD de flujo gaseoso, por ejemplo, el campo de Hall adicional disminuye seriamente el rendimiento, porque retira los electrones del flujo original, dificultad que se ha resuelto segmentando los electrodos y uniendo cada uno a una carga individual. Este tipo de generador se denomina Faraday.
En generador Faraday es el que se impone cuando el efecto Hall es relativamente débil, es decir, cuando lo que se denomina el parámetro de Hall es inferior a la unidad de campo.
Cuando el parámetro de Hall es superior a la unidad, se puede establecer un «cortocircuito» en la corriente axial y utilizarla de modo independiente para producir electricidad; este tipo de generador se denomina Hall. Hay un modelo de generador mixto, en el que los electrodos se enlazan en diagonal, lo que permite tener una sola carga y obtener un rendimiento satisfactorio, pues el rendimiento del tipo Faraday es superior al del tipo Hall, aunque éste presenta la ventaja de que sólo impone una carga.
Se han ideado muchas soluciones para evitar el efecto Hall, una de las cuales, por ejemplo, consiste en hacer circular el gas de modo radial entre dos discos, lo que crea una corriente circular y genera electricidad de dos maneras: una directa, por el flujo circular gaseoso, y otra indirecta, por el efecto Hall y por el campo eléctrico radial. El efecto Hall es débil y casi despreciable para los líquidos y los gases poco ionizados, pero muy intenso para los plasmas, que, evidentemente, son con los que más se utiliza.
Un efecto económico
El efecto Hall se ha estudiado sobre todo a partir de 1960, fecha en la que se demostró que al añadir un transformador MHD de energía a las centrales térmicas clásicas, de combustible fósil, se podía aumentar el rendimiento en un 10 %. Puede aumentar también el rendimiento de las centrales nucleares.
El efecto Hall se utiliza asimismo con mucha frecuencia en astrofísica, para establecer modelos teóricos de los flujos de plasma, por ejemplo, para explicar las manchas y los ciclos solares o ciertas anomalías de los campos electromagnéticos de las estrellas. Se tiene asimismo en cuenta en los modelos de la magnetosfera terrestre.
Numerosos estudios de fenómenos magnéticos, ya sean ferromagnéticos, paramagnéticos o diamagnéticos, hacen que intervenga este efecto cuando hay circulación de corriente eléctrica. En el campo de la electromagnética aplicada hay semiconductores de efecto Hall.
Aderlis S. Marquez G.
EES
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