Anwendung des Hall-Effekts
Neulich im Physikunterricht in Jg. 12 haben wir zum Thema Magnetismus ein Experiment durchgeführt. Darin haben wir den Hall-Effekt genutzt um die magnetische Flussdichte (= „Stärke“ des Magnetfelds) eines Spulenmagnets unter verschiedenen Einflussfaktoren zu untersuchen.
Wenn ein Körper, durch den elektrischer Strom fließt, sich in einem magnetischen Feld (blaues B, Richtung: in die Bildebene hinein) befindet, entsteht im inneren ein elektrisches Feld (rotes E). Dies geschieht, da die Lorentzkraft (blaues FL) die Elektronen senkrecht zur Bewegungsrichtung (rotes v) bewegt werden und eine Ladungstrennung daraus resultiert. Die Spannung dieses elektrischen Feldes kann gemessen werden (blaues UH) und damit kann die magnetische Flussdichte errechnet werden. Dieses Phänomen ist bekannt als Hall-Effekt.
Die Zielsetzung unseres Experiments war es, einen Zusammenhang zwischen der magnetischen Flussdichte B, der Stromstärke I, die durch die Spule fließt, und dem Abstand s zwischen Hall-Sonde und Spule herzustellen.
Mit dem folgenden Aufbau haben wir nun das Magnetfeld des Spulenmagnets untersucht. Die im Aufbau genannte Hall-Sonde nutzt den zuvor erklärten Hall-Effekt und gibt eine Spannung aus, die wir mit dem Voltmeter messen können.
Nun haben wir zwei verschiedene Messreihen aufgenommen. Bei der ersten Messreihe haben wir den Abstand zwischen Hall-Sonde und Magnetspule verändert und die Stromstärke der Magnetspule konstant gehalten und bei der zweiten das Gleiche andersherum. Mit der gemessenen Spannung haben wir nun die magnetische Flussdichte errechnet. Bei unserer Einstellung galt: 1 V ≙ 4 mT („Tesla“ = Einheit der magnetischen Flussdichte).
Diese Werte ergaben bei uns die folgenden Diagramme:
Aus den Diagrammen und mit passender Regression konnten wir nun folgende Zusammenhänge erkennen: B ∼ I und B ∼ s-1.
Zusammengefasst ergibt dies: B = c · s-1 wobei c eine Konstante ist.
Jedoch findet der Hall-Effekt nicht nur im Physikunterricht Anwendung. Praktisch überall, wo ein Magnetfeld erkannt oder gemessen werden muss, kann die Hall-Sonde genutzt werden. Vor allem in der Autoindustrie wird die Hall-Sonde vielseitig benutzt (siehe hier und hier). Von der Drehzahlmessung bis zur Prüfung, ob alle angeschnallt sind. Die Hall-Sonde ist überall zu finden.
Der Hall-Effekt ist also ein fester Bestandteil unseres Alltags geworden und vielleicht rettet euch die Erinnerung ans Anschnallen eines Tages das Leben.