Magnetismus A - Z

Hall-Sonde

Eine Hall-Sonde ist ein Messgerät zur Bestimmung der Stärke von Magnetfeldern. Meist zeigt eine Hall-Sonde die magnetische Flussdichte in Tesla an. Der zugrundeliegenden Effekt der Hall-Sonde, der Halleffekt, wurde 1879 von dem Physiker Edwin Hall entdeckt. Der Halleffekt besagt, dass in einem stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld eine Spannung senkrecht zur Richtung des Stromflusses herrscht. Grund dafür ist die Lorentzkraft, die auf die Elektronen wirkt.
Eine Hall-Sonde ist ein Messgerät zur Bestimmung der Stärke von Magnetfeldern. Das Magnetfeld selbst wird in A/m (Ampere pro Meter) oder Oersted gemessen. In Naturwissenschaften und Technik ist man jedoch mehr an die Maßeinheit Tesla gewöhnt, die für die magnetischen Flussdichte verwendet wird. Deshalb zeigen die Hall-Sonden meist den Wert der magnetischen Flussdichte in Tesla an. Ebenso könnte eine Hall-Sonde konstruiert werden, die in einem Magnetfeld direkt den Wert für die Kraft auf ein bestimmtes Eisenstück angibt.
Die Hall-Sonde nutzt den Halleffekt zur Bestimmung der magnetischen Flussdichte. Aufgrund der Lorentzkraft wirkt auf Ladungsträger, die sich in einem Magnetfeld bewegen, eine Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ladungsträger. Diese werden dadurch zu einer Seite des Ladungsträgers hingedrängt.
Der Halleffekt äußert sich als Auslenkung von bewegten Ladungsträgern senkrecht zur Flugrichtung, wenn diese die Magnetfeldlinien kreuzen. Dabei wirkt eine Kraft F, die sogenannte Lorentzkraft, senkrecht auf die magnetische Flussdichte B und senkrecht auf die Flugrichtung der Ladungsträger v.
Gefunden hat den Halleffekt der Physiker Edwin Hall im Jahr 1879.
Die Lorentzkraft ist eine Kraft, die immer auf bewegte Ladungen in Magnetfeldern wirkt. Wenn man nun einen Strom an ein Metallplättchen anlegt, welches sich in einem Magnetfeld befindet, so wirkt eine Kraft auf die Träger des Stroms, also die Elektronen.
Die Richtung der Kraft steht dabei senkrecht auf die Bewegungsrichtung der Elektronen und senkrecht auf das Magnetfeld. Die Formel für die Lorentzkraft \(\vec{F}\) auf Ladungsträger der Geschwindigkeit \(\vec{v}\) in der magnetischen Flussdichte \(\vec{B}\) lautet \(\vec{F}=q\vec{v}{\times{\vec{B}}}\), wobei q die Ladung bezeichnet. Für Elektronen gilt demnach \(\vec{F}=-e\vec{v}{\times{\vec{B}}}\), da die Ladung des Elektrons gerade eine negative Elementarladung e beträgt. Auf positive Ladungen würde gerade eine entgegengesetzt gerichtete Kraft wirken. Der Halleffekt kann also auch genutzt werden, um festzustellen, dass die Teilchen, die beim Stromfluss in Bewegung sind (also die Elektronen), eine negative Ladung tragen und keine positive.
Im stromdurchflossenen Plättchen der Hall-Sonde werden die Elektronen nun senkrecht aus ihrer Bewegungsrichtung verschoben und sammeln sich in Richtung einer Seite des Plättchens. Dadurch kommt es über der Breite des Plättchens zu einer elektrischen Spannung, die proportional zum Magnetfeld ist, welches gemessen werden soll. Aus dem Wert der sogenannten Hall-Spannung U über dem Plättchen kann also mit Hilfe einer weiteren Umrechnung der gleichzeitig wirkenden elektrischen Kräfte, die mit der Lorentzkraft im Gleichgewicht sind, das äußere Magnetfeld angegeben werden, in welchem sich das Plättchen befindet.
Die Spannung U über dem Plättchen ist für einen festen Strom I und eine feste Geometrie des Leiterplättchens porportional zur magnetischen Flussdichte B, die das Plättchen durchdringt. Dadurch kann aus der Hallspannung U direkt die magnetische Feldstärke bestimmt werden.

Das Urheberrecht am gesamten Inhalt des Kompendiums (Texte, Fotos, Abbildungen etc.) liegt beim Autor Franz-Josef Schmitt. Die ausschließlichen Nutzungsrechte für das Werk liegen bei Webcraft AG, Schweiz (als Betreiberin von supermagnete.at). Ohne ausdrückliche Genehmigung von Webcraft AG darf der Inhalt weder kopiert noch anderweitig verwendet werden. Verbesserungsvorschläge oder Lob betreffend das Kompendium richten Sie bitte per E-Mail an fjschmitt@supermagnete.at
© 2008-2017 Webcraft AG