Retomando nuevamente la serie que comenzamos hace ya algún tiempo, el día de hoy quiero compartir con ustedes un descubrimiento llamado Efecto Hall, que es el hecho de aparecer un campo eléctrico a causa de la separación de cargas dentro de un conductor en el cual circula una corriente por presencia de un campo magnético.
Imagen realizada con la página web de diseño gráfico y composición de imágenes Canva.
El efecto Hall lleva ese nombre en honor al científico de origen estadounidense que lo descubrió, Edwin Herbert Hall fue autor de varios libros y manuales de laboratorio; así como también trabajo en la Universidad de Harvard. Hall descubrió este principio en el año 1879 cuando se encontraba construyendo su tesis doctoral en Física acompañado de Henry Rowland como tutor, fue acreedor de un Premio Nobel de Física por sus estudios sobre el Efecto Hall Cuántico.
Fuente
Este científico básicamente descubrió que cuando se tiene un conductor por el cual se transporta una corriente se coloca en un campo magnético, entonces se genera un voltaje que es en dirección perpendicular a la corriente y al campo magnético. Este fenómeno que hoy en día se conoce como Efecto Hall, se originó de la desviación de los portadores de carga de un lado del conductor como consecuencia de la fuerza magnética; de igual forma, suministra información acerca de la relación existente entre el signo de los portadores de carga y la densidad de los mismos, también establece una importante técnica que sirve para medir campos magnéticos.
Ahora bien, es importante resaltar que existe un dispositivo en el que se puede observar el Efecto Hall, el mismo consta de una tira plana que tiene la propiedad de un conductor eléctrico por el que circula una corriente I en la dirección del eje x. Cuando en el eje “y” se aplica un campo magnético B los portadores de carga que son electrones que se mueven en la dirección del eje “x” negativo con una velocidad Vd entonces ocurre una fuerza magnética hacia arriba, por ende, se desvían hacia arriba y se acumulan en el borde superior dejando un exceso de carga positiva en el borde inferior. Dicho exceso de carga en el borde va ir en aumento hasta que el campo electrostático que se establece producto de la separación de las cargas y que equilibra la fuerza magnética sobre los portadores. Sin embargo, cuando la condición de equilibrio se alcanza, entonces los electrones ya no se van a desviar hacia arriba.
Esquema Efecto Hall
Para poder medir la diferencia de potencial generada por el conductor, se utiliza un voltímetro o potenciómetro y el valor que se obtiene es lo que se conoce como el voltaje Hall que se abrevia como Vh y lo podemos determinar mediante la siguiente expresión.
Cabe resaltar que, si los portadores son positivos y se mueven en la dirección de x, entonces también experimentaran una fuerza magnética hacia arriba y se produce una acumulación de carga positiva en el borde superior y, por ende, deja un exceso de carga negativa en el borde de abajo. En conclusión, el signo del voltaje Hall es opuesto al signo del voltaje producto de la desviación de electrones y el signo de los portadores de carga se puede saber, midiendo la polaridad del voltaje Hall.
Veamos todo lo expuesto mediante un ejemplo práctico que dice de la siguiente manera: Una tira plana de plata que tiene un espesor de 0,20 mm se usa en una medición de efecto Hall de un campo magnético uniforme perpendicular a la tira, como se puede observar en la imagen que se presenta a continuación. El coeficiente Hall para la plata es de 0,84 x 10 exp – 10 m3/C. a) ¿Cuál es la densidad de los portadores de carga en la plata? b) Si una corriente de 20 A produce un voltaje Hall de 15 µV, ¿Cuál es la magnitud del campo magnético aplicado?
En este ejemplo se nos presenta una lámina rectangular de plata que se está utilizando para medir el efecto Hall y en el que se nos pregunta cuál es la densidad de los portadores y la magnitud del campo magnético con un voltaje y una corriente en específico. Para ello primero extraeremos los datos.
Solución A: n = ?
Para determinar la densidad de los portadores de carga que hemos mencionado, nos apoyaremos con la expresión,
Si de la ecuación despejamos n obtendremos que:
Sustituimos
Solución B: B = ?
Para determinar el campo magnético vamos a utilizar la ecuación siguiente:
Si despejamos el campo magnético nos queda que:
Sustituimos
Finalmente, podemos concluir que la densidad de los portadores de carga en la tira de plata que se utiliza para la medición del efecto Hall es de |-7,44 x 10 exp 28 m-3| y el campo magnético aplicado es de 1,78 T.
Referencias
Hewitt, P. (2007). Física Conceptual. México: Pearson Educación.
Serway, R &. (1997). Física Tomo II. México: McGrawHill.
Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen II. México: Pearson Educación.
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