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Efeito Hall

Física: Conceito e história — By on fevereiro 27, 2011 at 14:39

Determinação do sinal da carga elétrica: o Efeito Hall

O experimento descrito a seguir, no qual se verifica o efeito Hall, foi um grande feito que ajudou a guiar os cientistas da época rumo ao entendimento do que hoje achamos uma coisa natural: a corrente elétrica e do que ela é formada.

Em 1879, foi publicado um artigo escrito pelo cientista Edwin Hall (1855 – 1938), que tinha como objetivo explicar um fenômeno muito interessante que acontecia com circuitos elétricos quando estes eram submetidos a um campo magnético: a presença de uma diferença de potencial. Na época, não se conhecia muito sobre a corrente elétrica; sabia-se da existência da mesma, mas suas características e propriedades, bem como sua constituição, eram apenas especulações.

O fenômeno descrito, segundo Hall, era mais perceptível se fosse inserido no circuito elétrico uma chapa metálica, ou um material semicondutor. No experimento realizado por Hall em 1879, ele utilizou uma placa fina de germânio, ou seja, um material semicondutor. Conectando-se um voltímetro (instrumento para medir diferença de potencial) na placa, Hall constatou a existência de uma tensão, denominada tensão Hall. Este efeito, a existência de uma tensão no material quando o mesmo é submetido a um campo magnético, é conhecido como efeito Hall.

A Figura 1 a seguir ilustra o esquema do experimento de Hall.

Figura 1: esquema da experiência de E. Hall

Temos uma chapa de um material condutor de espessura k e largura w. Fazemos passar pela chapa uma corrente i, e ao mesmo tempo aplicamos um campo magnético B, cuja sua direção e sentido podem ser vistos na figura. O campo magnético é perpendicular a direção da corrente. O efeito do campo magnético sobre a corrente, sendo ela constituída de pequenos grãos portadores de carga, é simplesmente deslocar esses grãos fornecendo a eles uma velocidade vd mostrada na figura. Assim, para se saber o sinal desses portadores de carga, basta medir a diferença de potencial existente entre o comprimento w da placa. Se essa diferença de potencial for positiva, a conclusão é que o sinal dos portadores de carga é positivo, e se a diferença de potencial for negativa, conclui-se que o sinal dos portadores é negativo. Edwin Hall verificou que a tensão medida era negativa, e portanto o sinal da carga é negativo.

Assim, ficou convencionado na física que, embora o sentido da corrente elétrica seja da esquerda para a direita, como na figura, temos que o sentido real em que as cargas se movem é da direita para a esquerda. É preciso prestar atenção nesse fato para resolver certos problemas de eletromagnetismo.

Vale lembrar que nessa época o elétron ainda não havia sido descoberto. Ele foi determinado experimentalmente apenas em meados de 1897. Em nível meramente acadêmico, hoje o experimento do efeito Hall é realizado por estudantes de física para se compreender como o sinal da carga elétrica foi determinado em uma época em que só existiam idéias sobre o tema. Já na indústria, o efeito Hall é usado para caracterizar materiais semicondutores, determinando, por exemplo, a mobilidade desses portadores de carga no interior do material.

Referência: Relatório de atividades Experimental-Efeito Hall, 2009.

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