ガウスメータ製作１　ホール効果の原理

目的と背景

電磁石は釘をひきつける。電流のまわりに磁場ができるからである。そもそも磁場とはなんだろう。空間には何も見えないが、磁石は引力や斥力をうける。この見えない磁場数値にして可視化したい。そこで、磁束密度を測定する装置ガウスメータを製作することにした。まずは、ホール効果を利用して出力電圧から磁束密度を計算できるものをつくることを目標とする。

ホール素子にとは何か

ホール素子はホール効果を利用した半導体素子のこと。図に示したのは、THS130の外観。4本の端子が付いており、図の端子１、３間に電流Iを入力し、ホール素子に垂直に磁束密度Bがかかった結果、端子２，４間に起電力Vが出力されたとすると、これらの間には、次の関係がある。

この関係から、一定の電流を流しておけば、磁束密度に比例した起電力がえらることが分かる。起電力は電圧計で測定でき、あらかじめ定数kを求めておけば、磁束密度が計算できる。

ホール効果の原理

ホール素子はホール効果を利用した電子部品である。磁場が起電力として現れる因果関係をまとめる。
電流とは、荷電粒子の移動による電荷の流れである。
移動する荷電粒子は磁場から力をうける。この力はローレンツ力とよばれる。
この力の向きは、荷電粒子の速度ベクトルから磁束密度のベクトルの向きにまわしたときに、右ねじが進む方向である。
磁場において電流があるとき、導体内の移動する荷電粒子はローレンツ力によって、力をうける。力を受けると荷電粒子は力の方向に偏る。すなわち、電流に垂直な方向に電場ができる。その結果、両端に電圧が生じる。

ホール効果の原理

①電流が流れている
②磁場をかける
③電子がローレンツ力で電流と磁場それぞれに対して垂直な方向に偏る
④電荷の偏りが電場をなし、起電力となって端子に現れる。