Hall Effekt - einfach und anschaulich erklärt

In diesem Video geht es um den sogenannten HALL-Effekt. Zu sehen ist ein elektrischer Leiter, der an ein Netzgerät angeschlossen ist. Schaltet man das Netzgerät ein, so fließen Elektronen vom Minuspol durch den Leiter zum Pluspol. Soweit so gut. Jetzt verändern wir die Situation im Leiter. Der Leiter wird nun von einem Magnetfeld durchsetzt, das in das Bild hinzeigt. Wir betrachten nun ein Elektron. Bewegt sich das Elektron nach rechts, so bewegt es sich senkrecht zu den Magnetfeldlinien. Auf Ladungen, die sich senkrecht zu einem Magnetfeld bewegen, wirkt die Lorentzkraft. Die 3-Finger-Regel der linken Hand zeigt uns die Richtung der Lorentzkraft an. In diesem Fall zeigt diese nach unten. Das Elektron wird also nach unten abgelenkt. Das führt dazu, dass sich am unteren Ende des Leiters Elektronen ansammeln und sich dort mehr Elektronen befinden, als am oberen Ende des Leiters. Das bedeutet, wir haben ein Ladungsungleichgewicht im Leiter. Somit müsste man zwischen dem oberen und dem unteren Ende des Leiters eine elektrische Spannung messen können. Durch die Lorentzkraft sammeln sich die Elektronen am unteren Ende des Leiters, oben entsteht ein Überschuss an positiver Ladung. Das obere und das untere Ende des Leiters wirken dann wie die Platten eines Plattenkondensators und es entsteht ein elektrisches Feld zwischen den Enden. Die nachfolgenden Elektronen erfahren daher auch eine elektrische Feldkraft nach oben. Zwischen dieser Feldkraft Fel und der Lorentzkraft FL stellt sich ein Kräftegleichgewicht ein.
Man kann die HALL-Spannung mithilfe unterschiedlicher Formel berechnen. Die erste Formel berechnet die HALL-Spannung durch das Produkt der Dicke des Leiters d mal der Geschwindigkeit der Elektronen v mal der magnetischen Feldstärke B. Das bedeutet, dass je schneller die Elektronen sind und je stärker die magnetische Feldstärke, umso größer ist die Ladungsverschiebung im Leiter und umso größer die HALL-Spannung. Die Dicke des Leiters beeinflusst die HALL-Spannung ebenfalls. Je geringer die Dicke, umso stärker die HALL-Spannung.
Die zweite Formel berechnet die HALL-Spannung durch das Produkt der materialspezifischen Hallkonstante RH mal der Stromstärke I mal der magnetischen Feldstärke B geteilt durch d. Die Hallspannung ist also abhängig vom Material, aus dem der elektrische Leiter besteht. Je größer die Stromstärke und je größer die magnetische Feldstärke, desto größer ist die HALL-Spannung. Der Einfluss der Dicke des Leiters ist genauso wie in der ersten Formel.