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Effet Hall

L'effet Hall classique a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall : un courant électrique traversant un matériau baignant dans un champ magnétique engendre une tension perpendiculaire à ceux-ci.

Sous certaines conditions, cette tension (La tension est une force d'extension.) croît par paliers, effet caractéristique de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans...) quantique. Le Prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les dernières volontés du testament du chimiste Alfred...) a été attribué en 1985 pour l'effet Hall (L'effet Hall classique a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall : un courant électrique traversant un matériau baignant dans un champ...) quantique entier et en 1998 pour l'effet Hall quantique fractionnaire.

Principe de l'effet classique

Lorsqu'un courant traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement...) un barreau en matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) semi-conducteur (ou conducteur), et si un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la...) d'induction B est appliqué perpendiculairement au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution...) de passage du courant, une tension, appelée tension Hall, proportionnelle au champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique et au courant apparaît sur les faces latérales du barreau.

Cette tension est proportionnelle à la vitesse (On distingue :) de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens En architecture...) des porteurs de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être...) qui est considérablement plus grande dans les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) semi-conducteurs que dans les conducteurs métalliques.

La physique classique de l'effet Hall

On sait qu'un champ magnétique agit sur les charges en mouvement. Le courant qui traverse le matériaux conducteur est produit par des charges (les électrons libres) qui se déplacent avec une vitesse que l'on notera v.
Ces électrons sont donc soumis à une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles...) Fm = -e.v^B. (Force de Lorentz), où -e correspond à la charge d'un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.). Il en découle un déplacement d'électrons et une concentration de charges négatives sur l'un des côtés du matériaux ainsi qu'un déficit de charges négatives du côté opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à ajouté à n donne zéro. En botanique, les organes d'une plante sont dits opposés lorsqu'ils sont insérés au même niveau, l'un en face de l'autre sur...). Cette distribution de charge donne naissance à la tension Hall VH ainsi qu'à un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des particules chargées...) EH.

Ce champ électrique est lui même responsable d'une force électrique qui agit sur les électrons : Fe = -e . EH (Force de Coulomb). L'équilibre est atteint lorsque la somme des deux forces est nulle (deuxième loi de Newton). On peut alors écrire EH = - v^B.

Application de l'effet Hall

Illustration de l'effet hall
Illustration de l'effet hall

Les capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une...) à Effet Hall permettent de mesurer :

  • Les champs magnétiques (Teslamètres)
  • L'intensité des courants électriques : capteurs de courant à Effet Hall.
  • Ils permettent également la réalisation de capteurs ou des détecteurs de position sans contact, utilisés notamment dans l'automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en conséquence....), pour la détection de position d'un arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres acquièrent une structure rigide composée d'un tronc qui...) tournant (boîte à vitesse, cardans, ...).
  • On trouve également des capteurs à effet Hall sous les touches des claviers des instruments de musique modernes (orgues, orgues numériques, synthétiseurs) évitant ainsi l'usure que subissaient les contacteurs électriques traditionnels.

Voir aussi :

  • Gant de données (Un gant de données (ou gant électronique, gant numérique, gant sensitif) est un gant truffé de capteurs, qui permet à un utilisateur de saisir presque...) à effet Hall
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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