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Hall-Effekt und Hallsonde

Die Lorentzkraft eignet sich auch zum Messen: In einem stromdurchflossenen Plättchen drängt sie die Ladungen zur Seite.

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Übungsaufgaben

1So entsteht die HallspannungAFB I

Vervollständigen Sie den Text zur Entstehung der Hallspannung.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt). Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Durch das Plättchen fließt ein Strom, das Magnetfeld steht senkrecht dazu. Die drängt die bewegten Ladungsträger quer zur Stromrichtung an eine ; die gegenüberliegende Kante verarmt an Ladung. Zwischen beiden Kanten liegt dadurch die . Sie wächst nur so lange, bis die Kraft des aufgebauten Querfeldes die ablenkende Kraft gerade aufhebt — dann herrscht . Weil die gemessene Spannung zur Flussdichte ist, lässt sich die Sonde als Messgerät für B eichen. Damit die Spannung überhaupt gut messbar wird, macht man das Plättchen besonders .

Der entscheidende Satz ist der über das Gleichgewicht: Die Ladungstrennung läuft nicht unbegrenzt weiter. Jede zusätzlich verschobene Ladung verstärkt das elektrische Querfeld, das die nachfolgenden Träger zurückdrängt. Nach kürzester Zeit halten sich beide Kräfte die Waage, und Uₕ bleibt stehen — genau dieser stabile Wert wird abgelesen.
2Die Größen der HallformelAFB I

Verbinden Sie jedes Formelzeichen aus \(U_H=\dfrac{B\,I}{n\,q\,d}\) mit seiner Bedeutung.

Klicke links ein Formelzeichen an und dann rechts den Partner — es entsteht eine Verbindungslinie.
Zwei Größen beschreiben die Messsituation (B und I), drei das Bauteil selbst (n, q, d). Nur B ist unbekannt — alle Sondendaten stehen im Datenblatt. Verwechseln Sie n nicht mit einer Stückzahl: Es ist eine Dichte mit der Einheit 1/m³ und liegt bei Halbleitern um viele Zehnerpotenzen unter dem Wert von Metallen.
3Das Schema der HallsondeAFB I

Ordnen Sie jeder Frage das passende Element der Hallsonde zu.

Lies die Frage über dem Schema und klicke das passende Feld an. Es kommen fünf Fragen nacheinander.

dünnes HalbleiterplättchenStrom I durch das PlättchenB senkrecht zur FlächeLorentzkraft auf die Trägerelektrisches QuerfeldVoltmeter an den KantenMetall statt Halbleiter
Das Schema trennt die vier Schritte der Messung: Ursache (Strom und senkrechtes B-Feld), Wirkung (Lorentzkraft trennt die Ladungen), Begrenzung (das Querfeld stoppt die Trennung) und Ablesung (Voltmeter quer zum Strom). Die letzte Frage zielt auf den Nenner der Formel: In Metallen liegt n bei etwa 1028/m³, in Halbleitern rund eine Million Mal niedriger — deshalb steckt in jeder Hallsonde ein Halbleiter.