霍尔效应的发现

霍尔效应的发现

1879年，24岁的美国人霍尔在研究载流导体在磁场中所受力的性质时，发现了一种电磁效应，即如果在电流的垂直方向加上磁场，则在同电流和磁场都垂直的方向上将建立一个电场。这效应后来被称霍尔效应。

霍尔效应以及利用这个效应制成的元件——霍尔元件，在科学技术中得到了广泛的应用。霍尔效应的发现过程很有启发性。霍尔在1879年11月写的文章中提到，在他研究生生活的最后一年，有一次读到麦克斯韦的《电磁学》（这是罗兰教授所用的教科书），注意到麦克斯韦认为：“推动载流导体切割磁力线的力不是作用在电流上……。在导线中流的电本身完全不受磁铁或其他电流的影响。

霍尔对此感到奇怪。不久，他又读了瑞典物理学家埃德隆教授的一篇文章，文中假定：磁铁作用在固态导体中的电流上，恰如作用在自由运动的导体上一样。

他发现了这两个学术权威的不一致后，带着这个问题去请教罗兰教授。罗兰告许他，自己也怀疑麦克斯韦论断的正确性，而且以前曾做过一个实验以检验他们谁是谁非，但没成功。

于是霍尔设计了一个实验，想通过它解决这个问题，这个实验是根据下述假定：如果固定导体中的电流本身被磁铁吸引，那么电流会被拉向导线的一侧，因而电阻应该增加。

他把绕成扁平的一个银质螺线放在电磁铁两磁极之间，使磁力线垂直穿过螺线，以电桥测螺线电阻的改变。结果显示磁铁的作用并不引起螺线电阻的变化。但是，这还不足以证明磁铁不能影响电流。

接着，他还重复了罗兰教授以前做过的实验。用一个金属盘作为电路的一部分，将它放在电磁铁两极之间，金属盘垂直切割磁力线。用灵敏电流计观测两端的相对电位有无改变，以确定磁砀是否影响盘中的等位线。可能是由于金属盘太厚，当时实验没有给出任何肯定的结果。这时，他改用嵌在玻璃上的镀金箔代替金属盘，重复上述实验。

结果，实验成功了。霍尔发现由于磁铁的作用，电流计发生明显的偏转。霍尔写道：

“为了进行定量的实验，我制备了一块新的玻璃板，将2厘米宽、9厘米长的金箔条固定其上，并保证引出线的良好接触。将板面垂直放在磁场中，金箔条两边缘上相对两点接灵敏电流计的端子。实验的目的是测定上述观察到的效应是否随磁场的改变而改变，随通过金箔的电流强度的改变而改变。

“实验足够精确地显示出上述变化的规律。或许可以说，磁铁的作用好像是在金箔内建立一个新的电动势，它与原来的电流成直角，若把它叫做横向电动势，则在一般情况下，相距1厘米的两个点之间的电位差E′可表示成：

这里C是通过1厘米宽的金箔条的原电流，S是该金箔条的截面积，M是磁场强度。”

霍尔将自己的工作以“论磁铁对电流的新作用”为题，发表在《美国数学杂志》（American Journal of Mathematics），几个月后引起了国际上广泛的注意。新闻界将霍尔的成功誉为“过去50年中电学方面最重要的发现。”人们把霍尔的发现看成是法拉第发现电磁感应以后最有价值的一项电学实验研究成果。