霍尔效应

概念定义

霍尔效应（Hall effect）是一种电磁效应。当固体导体置于磁场中并有电流通过时，导体内的电荷载流子受到洛伦兹力作用而偏向一边，使导体两侧形成电压，这一电压称为霍尔电压。霍尔电压产生的电场力会逐渐与洛伦兹力达到平衡，形成稳定的电荷分布。

霍尔效应属于电磁学与半导体物理研究的现象，也构成多类传感器的工作基础。汽车位置传感器采用的原理包括霍尔效应、磁电阻效应、光电式、电容式和电热式，霍尔效应是其中一种技术路线。

霍尔效应的形成需要固体导体、磁场和通过导体的电流。电流意味着导体内部存在运动的电荷载流子；导体进入磁场后，运动载流子受到洛伦兹力并向一侧聚集。载流子的偏移造成两侧电荷分布不同，进而产生霍尔电压。

随着电荷持续聚集，霍尔电压所形成的电场力增强。当电场力与洛伦兹力达到平衡后，载流子不再继续向一侧累积。该现象也可用于证实导体内部的电流由带负电荷的自由电子运动所造成。

从物理过程看，霍尔效应包含电流通路、外加磁场、电荷载流子偏移以及霍尔电压形成四个相互关联的部分。其表达式可写为 VH=BI/(nqd)。这一关系把霍尔电压与磁场、电流及导体内部载流子相关因素联系起来，是描述霍尔效应的基本表达形式。

霍尔效应适用于电力、半导体、自动化和传感器领域。在汽车技术中，它可作为位置传感器所采用的工作原理；此类应用利用磁场、电流与霍尔电压之间的物理联系完成传感过程。除汽车系统外，霍尔效应也用于其他自动化及传感器相关技术。

美国物理学家埃德温·赫伯特·霍尔于1879年发现霍尔效应。以这一现象为基础，相关研究还包括量子霍尔效应和量子反常霍尔效应，使霍尔效应从经典电磁现象延伸至其他物理研究方向。