Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Efecto Hall


El efecto Hall es un fenómeno importante en la física del estado sólido y es útil para comprender el comportamiento de las partículas cargadas eléctricamente en varios materiales. Nombrado en honor a Edwin Hall, quien lo descubrió en 1879, el efecto Hall forma la base para determinar la naturaleza de los portadores de carga en semiconductores y ayuda en el desarrollo de muchas tecnologías, incluidos sensores y transductores.

Principio básico del efecto Hall

El efecto Hall se puede observar cuando se aplica un campo magnético perpendicular al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor. A medida que las partículas cargadas (generalmente electrones) se mueven a través del conductor, experimentan una fuerza debido al campo magnético, conocida como la fuerza de Lorentz. Esta fuerza desvía las partículas hacia un lado del conductor, creando una diferencia de potencial (voltaje) a través del conductor. Este voltaje es perpendicular a la dirección tanto de la corriente original como del campo magnético.

La estructura del montaje del efecto Hall se puede entender a través de la siguiente ecuación:

V_H = (B * I) / (n * e * d)

Dónde,

  • V_H es el voltaje Hall.
  • B es la intensidad del campo magnético.
  • I es la corriente que fluye a través del conductor.
  • n es la densidad de portadores de carga (número de portadores de carga por unidad de volumen).
  • e es la carga fundamental (carga del electrón).
  • d es el grosor del conductor.

Ejemplo de visualización

Para entender el efecto Hall, considere el siguiente ejemplo simple:

B I V H

en esta vista:

  • El rectángulo representa un material conductor bueno.
  • La línea vertical y la etiqueta B representan el campo magnético aplicado perpendicular a la superficie.
  • La línea horizontal y la etiqueta I representan la corriente que fluye a través del material.
  • El pequeño círculo representa la desviación de los portadores de carga (electrones) debido al campo magnético.
  • La etiqueta V H (voltaje Hall) aparece en los bordes donde se puede medir la diferencia de potencial.

Derivación y explicación

Considere un conductor rectangular plano que lleva corriente y un campo magnético aplicado perpendicular al flujo de corriente. La desviación de los portadores de carga (generalmente electrones) debido al campo magnético provoca una separación de cargas a través del ancho del conductor, produciendo un voltaje transversal llamado voltaje Hall.

La fuerza de Lorentz que actúa sobre una partícula cargada puede describirse mediante la siguiente ecuación:

F = q * (v × B)

Dónde:

  • F es la fuerza que actúa sobre la partícula cargada.
  • q es la carga de la partícula.
  • v es la velocidad del portador de carga.
  • B es la intensidad del campo magnético.

Para los electrones, la fuerza causará una desviación hacia un lado del conductor, estableciendo un campo eléctrico (E) perpendicular a I y B. La magnitud de este campo eléctrico puede darse por el voltaje Hall sobre el ancho del material:

E = V_H / w

Aplicaciones del efecto Hall

  • Sensores de campo magnético: Los sensores Hall se utilizan ampliamente en dispositivos que miden la magnitud de campos magnéticos. Esto incluye sistemas en automóviles, aeroespacial y electrónica de consumo.
  • Detección de posición y velocidad: Los sensores de efecto Hall se usan a menudo en motores de corriente continua sin escobillas para detectar con precisión la posición del rotor del motor.
  • Interruptores: Los sensores de efecto Hall proporcionan conmutación sin contacto y se utilizan en varios dispositivos para lograr longevidad y fiabilidad al reducir el desgaste.
  • Aplicaciones automotrices: En los coches, los sensores de efecto Hall ayudan en los sistemas de frenos antibloqueo, velocímetros y otros sistemas automotrices que requieren una detección precisa de la velocidad.

Características importantes del efecto Hall

El efecto Hall ofrece ventajas y características específicas, lo que lo hace adecuado para muchas aplicaciones tecnológicas:

  • Medición sin contacto: Al usar un campo magnético, el efecto Hall proporciona medición sin contacto, asegurando que las partes delicadas no se desgasten con el tiempo.
  • Alta fiabilidad: Los sensores de efecto Hall son robustos y capaces de operar incluso en condiciones adversas, donde los sensores mecánicos convencionales pueden fallar.
  • Amplio rango de temperatura: Los dispositivos de efecto Hall funcionan efectivamente en un amplio rango de temperaturas, haciéndolos versátiles para usos que van desde aparatos de consumo hasta maquinaria industrial.
  • Miniaturización: Con los avances en la tecnología de semiconductores, los sensores de efecto Hall pueden ser extremadamente pequeños, ahorrando espacio en dispositivos electrónicos compactos.

Conclusión

El efecto Hall es un fenómeno físico profundo que tiene amplias implicaciones en la física del estado sólido y muchas aplicaciones tecnológicas. Desde la identificación de la densidad de portadores de carga hasta desempeñar un papel clave en los sensores y la tecnología industrial modernos, el efecto Hall sigue siendo una parte integral de nuestra comprensión de las propiedades electrónicas en los materiales. Sus principios forman la base de muchos dispositivos y sistemas de los que dependemos en nuestra vida diaria.


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