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Efeito Hall: Funcionamento e sensor

Hoje são mostrados como funciona o efeito Hall, o sensor magnético que usa este fenômeno e como usar em projetos com Arduino.

Como funciona o efeito Hall?

Se um condutor, conduzindo uma corrente elétrica I, estiver dentro de um campo magnético B, os elétrons no condutor receberão uma força magnética. Consequentemente, haverá uma separação de cargas positivas (espaço sem elétrons) e negativas (elétrons).

Efeito Hall

A força magnética F_{m} sobre o elétron é calculada com a equação abaixo. Onde \vec{v} é o vetor velocidade e q é a carga elétrica da partícula.

\vec{F_{m}}=q\vec{v}\times \vec{B}

A separação de cargas positivas e negativas cria um campo elétrico que exerce uma força de sentido oposto à força magnética. Quando a força elétrica tem intensidade igual à magnética, os elétrons não são mais desviados. A separação das cargas cria uma diferença de potencial que pode ser medida. Esta é a equação que calcula a tensão de Hall V_{H}.

V_{H}=\frac{IB}{ned}

  • n é a densidade de cargas.
  • e é a carga do elétron que vale -1,6*10^{-19}C.
  • d é a espessura da placa condutora.
R_{H} é o coeficiente de Hall, cujo valor é:

R_{H}=\frac{1}{ne}

O sensor digital de efeito Hall

Logo foi percebido que o fenômeno do efeito Hall pode ser usado para detectar e medir campos magnéticos. Este é o sensor de efeito Hall KY-003. Tem um LED para indicar se recebeu campo magnético, um resistor de 680 Ω para impedir a queima do LED e o 3144EUA-S, um interruptor de efeito Hall para altas temperaturas.

Sensor de efeito Hall

  • Faixa de tensão de operação: 4,5 a 24 V.
  • Temperatura de operação: -40ºC a 85ºC.
  • Dimensões: 18,5 mm x 15 mm.

Quando a intensidade do campo magnético passa de um valor B_{OP}, o sinal de saída ficará no nível baixo. Se o campo magnético ficar abaixo de um determinado valor B_{RP}, a saída será nível alto. Isto acontece porque o sensor tem um circuito de Schmitt-Trigger, fazendo com que o sensor tenha uma saída digital.

Histerese
Este gráfico tensão de saída x campo magnético tem a forma de histerese.
O esquemático do componente da série 3144, X é a placa de efeito Hall e o triângulo é o Schmitt-Trigger.

Tem três pinos: O com o sinal “-” do lado é o GND, o “S” é o pino do sinal digital, pode ser ligado em qualquer um dos pinos digitais do Arduino, e o terminal do meio é a alimentação Vcc, ligado em 5 V. Este é o algoritmo para testar o sensor de efeito Hall. Na presença de um campo magnético, os LEDs do sensor e do pino 13 do Arduino acendem. Caso contrário, ficam apagados.

Algoritmo do sensor Hall

Este sensor pode detectar a polaridade magnética do ímã. Com experimentos, percebi que no lado da frente do sensor, o LED acende com o polo norte. Enquanto no lado oposto, o LED acende com o polo sul.

Projetos aplicando o sensor de efeito Hall serão mostrados em outro post.

 

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