galvanomagnetische Effekte

galvanomagnetische Effẹkte

 

[nach L. Galvani], Sammelbezeichnung für eine Reihe von physikalischen Erscheinungen, die bei Einwirkung eines homogenen Magnetfeldes auf einen stromdurchflossenen elektrischen Leiter auftreten, wobei die magnetischen Feldlinien entweder in Richtung des elektrischen Stroms oder senkrecht dazu verlaufen (longitudinales beziehungsweise transversales Magnetfeld). Bei den longitudinalen galvanomagnetischen Effekten wirkt sich die für die Erscheinung charakteristische physikalische Größe (Gradient der elektrischen Spannung oder der Temperatur, Änderung des elektrischen Widerstands) in Richtung des elektrischen Stroms oder der ihn hervorrufenden elektrischen Feldstärke aus, bei den transversalen galvanomagnetischen Effekten dagegen senkrecht zur Stromrichtung und zum transversalen Magnetfeld. - Die beiden durch eine Temperatur- beziehungsweise Spannungsdifferenz in Stromrichtung gekennzeichneten longitudinalen galvanomagnetischen Effekte im transversalen Magnetfeld sind der Nernst-Effekt und der galvanomagnetische Thomson-Effekt. Die beiden transversalen galvanomagnetischen Effekte sind der Hall-Effekt und der Ettingshausen-Effekt, wobei beim Ersteren eine Spannung, beim Letzteren eine Temperaturdifferenz senkrecht zum Stromfluss und zum Magnetfeld auftritt. Diese vier galvanomagnetischen Effekte im transversalen Magnetfeld werden stets gleichzeitig festgestellt. Nicht benannt sind die beiden longitudinalen galvanomagnetischen Effekte in einem longitudinalen Magnetfeld, bei denen eine longitudinale Spannungs- beziehungsweise Temperaturdifferenz auftritt.

 

Die galvanomagnetischen Effekte im transversalen Magnetfeld beruhen auf der Tatsache, dass die Ladungsträger (v. a. Elektronen) eine Lorentz-Kraft erfahren, die sie quer zur ursprünglichen Bewegungsrichtung ablenkt. Es tritt eine Querkomponente des elektrischen Feldes auf (Hall-Feldstärke), die die Lorentz-Kraft schließlich kompensiert. Da jedoch die Ladungsträger verschiedene Geschwindigkeit haben, erfolgt keine vollständige Kompensation. Schnellere Ladungsträger werden weiterhin stärker abgelenkt als langsamere und gelangen mehr auf die eine Seite des Leiters, wo sie die Temperatur erhöhen. Andererseits bedeutet Ablenkung eine Verlängerung des Weges, mit der eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes verbunden ist (Gauß-Effekt). - Alle in den galvanomagnetischen Effekten verursachten physikalische Größen sind proportional zur ursprünglichen Stromdichte oder Stromstärke, wobei die Proportionalitätsfaktoren Stoffkonstanten sind, zwischen denen bestimmte Beziehungen (Bridgman- und Heulinger-Relationen) bestehen.

 

Literatur:

 

R. Becker: Theorie der Elektrizität, hg. v. F. Sauter, Bd. 3 (1969);

 A. C. Beer: Galvanomagnetic effects in semiconductors (New York ²1972).