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Misteri delle correnti incrociate - Effetto Hall
Alla fine del secolo scorso, un giovane studente americano di fisica Edwin Hall fece una scoperta che inserì il suo nome nei libri di fisica. Ha condotto un semplice esperimento "studentesco": ha studiato la propagazione della corrente in una sottile piastra metallica posta tra i poli di un forte elettromagnete. Gli studenti di tutte le università si sottopongono alla pratica di laboratorio, dove viene loro insegnato con semplici esempi l'abilità dell'esperimento. Così è stato questa volta. Un umile studente non avrebbe potuto immaginare che la sua semplice esperienza avrebbe dato origine a una valanga di ricerche, alcune delle quali saranno contrassegnate dal premio scientifico più onorevole: il Premio Nobel.
Il dispositivo con cui Hall lavorava consisteva in due circuiti elettrici disposti trasversalmente: ecco come legano scatole di caramelle con un nastro. Le catene differivano in quanto una conteneva una batteria elettrica e la corrente da essa passava lungo la piastra, l'altra, trasversale, non aveva fonti di corrente e collegava semplicemente i bordi della piastra.
Come previsto, nel caso in cui l'elettromagnete fosse spento, gli strumenti hanno registrato il flusso di corrente solo lungo la piastra - nel circuito con la batteria - e la sua assenza nel circuito trasversale "vuoto". Non c'è da stupirsi. Tuttavia, non appena l'elettromagnete si è acceso, nel circuito trasversale è apparsa una corrente elettrica, come dal nulla. È stato interessante, ma qui non c'è stato miracolo: una spiegazione è stata trovata abbastanza rapidamente. Gli elettroni che si muovono in una catena longitudinale sono influenzati dalla forza di Lorentz, ben nota dal libro di testo della scuola, che devia gli elettroni nella direzione trasversale, che ha generato una piccola corrente nella catena trasversale - tutto è elementare semplice.
Per più di mezzo secolo, per metà dimenticato, questo fenomeno è rimasto nella parte posteriore della scienza fisica. Lo ha scavato negli archivi da specialisti in microelettronica. Inizialmente si è scoperto che se i dispositivi di misurazione grossolani del tempo di Hall fossero sostituiti con quelli moderni, il fenomeno scoperto da lui potrebbe essere usato per contare il numero di particelle cariche il cui movimento genera una corrente elettrica, che è molto importante per i progettisti di transistor a basso rumore e altri dispositivi microelettronici altamente sensibili che lavorano con molto deboli correnti e campi magnetici.
L'effetto Hall è stato attentamente studiato, senza alcuno sforzo per migliorare la precisione. La terza, la quarta, la quinta cifra decimale sulla scala degli strumenti di misura ... E qui, a prima vista, iniziarono ad apparire fenomeni semplicemente incredibili.
Il primo sorprendente risultato è stato ottenuto venti anni fa, alla fine degli anni Settanta, in esperimenti con circuiti a semiconduttore in un forte campo magnetico a temperature molto basse, a pochi gradi dallo "zero assoluto" - 273 gradi Celsius, quando la sostanza si congela così tanto che cessare, tutti i movimenti molecolari si congelano. Quindi, se a temperature normali vicine alla temperatura ambiente, la resistenza elettrica nel circuito con la "Corrente Hall" aumenta gradualmente con l'aumentare del campo magnetico, quindi per qualche ragione vicino alla temperatura zero cambia gradualmente - come se un percorso regolare lungo il quale si muovono le particelle di corrente, improvvisamente sostituito da un pavimento lastricato con dossi profondi. Le curve morbide che i registratori hanno scritto sono sostituite in modo intermittente da una "scala", la cui altezza dei gradini era uguale a una costante divisa per numeri interi n = 1, 2, 3 e così via.
E ciò che è ancora più sorprendente - ad ogni stadio la resistenza nel circuito della corrente longitudinale scende a zero, cioè per la corrente longitudinale la sostanza diventa un superconduttore - gli elettroni rotolano senza alcuna resistenza, ma alle articolazioni, quando si spostano da uno stadio all'altro, la resistenza salta bruscamente e la superconduttività scompare all'istante.Tutto ciò sembrava una sorta di confusione - come si suol dire, tutto era stato confuso nella casa di Oblonsky!
Come spiegare un comportamento così strano di correnti incrociate? Perché si comportano in modi completamente diversi? L'elettrodinamica si è rivelata impotente di fronte a questo indovinello ... Siamo abituati al fatto che fenomeni misteriosi si verificano in complessi esperimenti con particelle elementari o in profondità nello spazio quando si tratta di buchi neri, esplodendo galassie e altri oggetti che stupiscono la nostra immaginazione, e qui ci sono solo esperimenti con resistenza e correnti. Lungo e attraverso l'area curata e - su di te!
V. Barashenkov, E. Kapustsik
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