V 19. storočí fyzik Edwin Hall publikoval experiment, ktorý išiel proti hlavnému vedeckému prúdu: Dnes Hallov efekt používame v miliardách zariadení
Hallov efekt sa dnes používa v automobiloch, ale aj v miliardách ďalších zariadení. Ako vlastne funguje?
V roku 1879 spravil mladý študent Johns Hopkins University, Edwin Hall experiment, ktorý dnes funguje v miliardách zariadení. Hall si pritom položil jednoduchú otázku, čo spraví magnet s elektrickým prúdom?
Výsledok jeho výskumu dnes poznáme ako Hallov efekt, o ktorom si sa pravdepodobne učil na hodinách fyziky. Ak chceme vedieť ako funguje, nemusíme písať zložité vzorce, stačí si predstaviť elektróny ako autá na diaľnici. Tie idú jedným smerom, to je elektrický prúd. Keď však zapneme magnetické pole, je to akoby začal na tejto diaľnici fúkať silný bočný vietor. Tento vietor začne tlačiť autá na jednu stranu cesty, čo spôsobí, že ľavý pruh bude plný áut, zatiaľ čo ten pravý úplne prázdny.
Hallov effekt teda v jednoduchosti popisuje presun náboja na jednu stranu vodiča. Ide o jednoduchý princíp, no dôležitejšie je obdobie, v ktorom bol Hallov efekt objavený. Hall si správanie elektrónov všimol v čase, keď väčšina vedcov verila opaku. Dokonca aj James Clerk Maxwell, ktorý zjednotil elektrinu a magnetizmus do jednej teórie, tvrdil, že magnet prúd vo vodiči neodkloní.
Hoci Hall tento predpoklad dokázal experimentálne vyvrátiť, dlho sa jeho objav považoval skôr za zaujímavý detail, než niečo, čo by malo praktický význam. Ten sa ukázal až o desaťročia neskôr. Dnes Hallov efekt nájdeš prakticky všade, pričom jedno z jeho najdôležitejších využití sa skrýva práve v autách, ktoré sme použili ako príklad.
Kde sa dnes môžeš stretnúť s Hallovým efektom?
Hallov efekt sa v automobilovom priemysle používa v systémoch ako ABS alebo v tachometri, ktoré stoja na Hallových senzoroch. Tieto senzory sa nedotýkajú žiadnej pohyblivej časti vozidla, len cítia magnetické pole rotujúceho kolesa. Z toho vedia zistiť rýchlosť alebo polohu. Keďže nie je Hallov senzor vystavený treniu, neopotrebúva sa a nevadí mu ani prach, voda, blato. Systém tak môže fungovať spoľahlivo aj po rokoch v náročných podmienkach.
Neprehliadni
Staré systémy, napríklad mechanické náhony tachometrov s lankom, sa časom vyosili, pretrhli alebo začali vydávať pískavé zvuky. Hallov snímač nemá žiadne pohyblivé časti vo vnútri, takže jeho životnosť často presahuje životnosť samotného auta. Keďže snímač nemusí byť fyzicky prepojený s rotujúcou časťou, môže byť úplne zaliaty v plaste alebo v živici. Tým je chránený pred koróziou, ktorú by inak spôsobovala posypová soľ na cestách.
Práve preto sa Hallove senzory používajú v kritických systémoch, kde záleží na presnosti a spoľahlivosti.
Hall sa však nezastavil pri jednom objave. Krátko po prvom experimente narazil na zvláštnejší jav, ktorý dnes poznáme ako anomálny Hallov efekt a tentojav vedci nedokázali vysvetliť celé desaťročia. Skutočný prelom prišiel až s kvantovou fyzikou, ktorá posunula Hallov efekt na úplne novú úroveň.
Kvantový Hallov efekt je niečo, na čom dnes stojí moderná veda
V roku 1980 objavil Klaus von Klitzing takzvaný kvantový Hallov jav. Zistil, že pri extrémne nízkych teplotách sa elektrický odpor nespráva plynulo, ale „skáče“ po presných hodnotách. Tieto hodnoty sú také stabilné a presné, že sa začali používať ako referenčný štandard. Inými slovami, jav objavený v kuchyni v Baltimore dnes pomáha definovať základné fyzikálne jednotky.
Vďaka kvantovému Hallovmu javu dokážu vedci presne určovať elektrický odpor a nepriamo sa podieľal aj na novej definícii kilogramu cez Planckovu konštantu. Hovoríme teda o základe, na ktorom stojí moderná veda a technológia.
Hall nikdy nezískal Nobelovu cenu, no napriek tomu jeho práca ovplyvnila generácie vedcov. Viaceré Nobelove ceny však neskôr smerovali k výskumu, ktorý z jeho objavu priamo vychádzal.
