Effet Hall

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Illustration de l'effet Hall pour différents sens du courant et du champ magnétique.
Légende :
1. Électrons (dans le sens non conventionnel !)
2. Élément ou capteur à effet Hall
3. Aimants
4. Champ magnétique
5. Source de courant
Dans le dessin A, une charge négative apparait à la bordure haute de l'élément (couleur bleue), et une charge positive à sa bordure basse (couleur rouge). En B et C, l'inversion du sens du courant ou de celui du champ magnétique provoque l'inversion de cette polarisation. En D, la double inversion du courant électrique et du champ magnétique donnent à l'élément la même polarisation qu'en A.
Dessins réalisés en utilisant le logiciel POV-Ray.

L'effet Hall dit « classique » a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall[1] : un courant électrique traversant un matériau baignant dans un champ magnétique engendre une tension perpendiculaire à celui-ci.

Sous certaines conditions, cette tension croît par paliers, effet caractéristique de la physique quantique, c'est l'effet Hall quantique entier ou l'effet Hall quantique fractionnaire.

Principe[modifier | modifier le code]

Principe de l'effet Hall dans un conducteur filiforme à section rectangulaire.

Lorsqu'un courant traverse un barreau en matériau semi-conducteur (ou conducteur), et qu'un champ magnétique d'induction B est appliqué perpendiculairement au sens de passage du courant, une tension, appelée tension Hall, proportionnelle au champ magnétique et au courant apparaît sur les faces latérales du barreau.

Cette tension est proportionnelle à la vitesse de déplacement des porteurs de charge qui est considérablement plus grande dans les matériaux semi-conducteurs que dans les conducteurs métalliques.

La physique classique de l'effet Hall[modifier | modifier le code]

Schéma d'explication de l'effet Hall.
Force magnétique de Lorentz et force électrique de Hall dans un conducteur parcouru par un courant et soumis à un champ magnétique.

Un champ magnétique agit sur les charges en mouvement. Le courant qui traverse le matériau conducteur est produit par des charges (les électrons libres) qui se déplacent avec une vitesse que l'on notera \vec{v}.

Ces électrons sont donc soumis à une force \vec{F}_m =-e.\vec{v}\wedge\vec{B} (force magnétique), où -e correspond à la charge d'un électron. Il en découle un déplacement d'électrons et une concentration de charges négatives sur l'un des côtés du matériau ainsi qu'un déficit de charges négatives du côté opposé. Cette distribution de charge donne naissance à la tension Hall V_{Hall} ainsi qu'à un champ électrique E_H.

Ce champ électrique est responsable d'une force électrique qui agit sur les électrons : \vec{F}_e=-e.\vec{E}_H (force de Coulomb). L'équilibre est atteint lorsque la somme des deux forces est nulle (deuxième loi de Newton). On peut alors écrire \vec{E}_H=-\vec{v}\wedge\vec{B}.

Applications[modifier | modifier le code]

Les capteurs à effet Hall permettent de mesurer :

  • les champs magnétiques (teslamètres) ;
  • l'intensité des courants électriques : capteur de courant à effet Hall. (exemple : pince ampèremétrique à effet Hall) ;
  • ils permettent également la réalisation de capteurs ou des détecteurs de position sans contact, utilisés notamment dans l'automobile, pour la détection de position d'un arbre tournant (boîte à vitesses, cardans…) ;
  • les compteurs électriques domestiques (électroniques, les mécaniques utilisant le courant de foucault)
  • on trouve également des capteurs à effet Hall dans les systèmes de mesure de vitesse pour le matériel ferroviaire ;
  • 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.

L'effet Hall est parfois utilisé dans le domaine des satellites artificiels, plus précisément dans la conception des propulseurs de ces satellites (moteur ionique[2]).

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Edwin Herbert Hall, « On a New Action of the Magnet on Electric Currents », American Journal of Mathematics, American Journal of Mathematics, vol. 2, no 3,‎ 1879, p. 287-92 (liens DOI? et JSTOR?, lire en ligne)
  2. vidéo vulgarisatrice sur l'effet hall dans les moteurs ioniques.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]