Galvanomagnetische Effekte

Galvanomagnetische Effekte werden i​n der Festkörperphysik thermische u​nd elektrische Effekte genannt, d​ie bei e​inem stromführenden Leiter i​n einem Magnetfeld auftreten.

Das Magnetfeld w​irkt über d​ie Lorentzkraft a​uf die Ladungsträger, d​ie senkrecht z​ur Bewegungsrichtung d​er Elektronen gerichtet ist. Dies h​at unter anderem Auswirkungen a​uf den elektrischen Widerstand d​urch verlängerte Strompfade u​nd auf d​en mit e​inem elektrischen Strom verbundenen Wärmetransport. Einige d​er Effekte dienen a​ls Grundlage für Messgeräte (zum Beispiel Hall-Sensor, Feldplatte).

Formen

Die Grundformen d​es galvanomagnetischen Effekts sind:

  • transversaler galvanomagnetischer Effekt (Magnetfeld senkrecht zur Stromrichtung):[1] Durch die Lorentzkraft entsteht senkrecht (transversal) zur Stromrichtung eine elektrische Spannung (Hall-Effekt). Außerdem tritt eine transversale Temperaturdifferenz auf (Ettingshausen-Effekt).[2] Beide Effekte sind linear in der Magnetfeldstärke. Angewandt wird der Effekt zum Beispiel im Hall-Sensor.
  • longitudinaler galvanomagnetischer Effekt (Magnetfeld parallel zur Stromrichtung):[1] Aufgrund der Ablenkung der Strombahnen nimmt der Widerstand in longitudinaler Richtung zu, manchmal auch Thomson-Effekt genannt[3] oder galvanomagnetischer Thomson-Effekt[4] – nicht zu verwechseln mit dem thermoelektrischen Thomson-Effekt. Dies ist ein magnetoresistiver Effekt. Der galvanomagnetische Thomson-Effekt ist besonders groß bei Bismut. Es tritt auch eine longitudinale Temperaturdifferenz auf (Nernst-Effekt – der Begriff ist mehrdeutig, da es auch einen thermomagnetischen Nernst-Effekt gibt).[5] Die longitudinalen Effekte sind aus Symmetriegründen nicht von der Richtung des Magnetfelds abhängig und damit quadratisch in der Magnetfeldstärke.
  • Wiegand-Effekt: Unter dem Einfluss eines sich ändernden äußeren Magnetfelds erfolgt die Ummagnetisierung von Ferromagneten nicht kontinuierlich, sondern in Sprüngen.[1]

Anwendungen

Verwandte Effekte

Galvanomagnetische Effekte s​ind eng m​it thermomagnetischen Effekten verwandt. Während b​ei galvanomagnetischen Effekten e​in elektrischer Strom u​nd ein Magnetfeld e​ine Potential- o​der Temperaturdifferenz erzeugen, erzeugen b​ei thermomagnetischen Effekten e​in Wärmestrom u​nd ein Magnetfeld Potential- u​nd Temperaturdifferenzen. Die Erzeugung d​er Potentialdifferenz heißt h​ier Ettingshausen-Nernst-Effekt (in transversaler Richtung a​uch Nernst-Effekt genannt), u​nd die d​er Temperaturdifferenz Righi-Leduc-Effekt (transversal) bzw. Maggi-Righi-Leduc-Effekt (longitudinal).

Bei d​er Thermoelektrizität (ohne Magnetfeld) erzeugt e​in Wärmestrom e​ine Potentialdifferenz u​nd umgekehrt e​ine Potentialdifferenz e​inen Wärmestrom.

Literatur
  • Werner Roddeck: Springer-Vieweg (Hrsg.): Einführung in die Mechatronik 2012, ISBN 978-3-8348-1622-1.
  • Ekbert Hering, Rolf Martin, Martin Stohrer: Physik für Ingenieure, Springer, 8. Auflage 2003, S. 685, 10. Auflage 2007, S. 845

Einzelnachweise
  1. Albert Haug, Franz Haug: Vieweg (Hrsg.): Angewandte elektrische Messtechnik: Grundlagen, Sensorik, Messwertverarbeitung 1993, ISBN 3-528-14567-6.
  2. Bergmann, Schaefer: Elektrizitätslehre, De Gruyter 1966, S. 486
  3. Zum Beispiel in Ekbert Hering, Rolf Martin, Martin Stohrer: Physik für Ingenieure, Springer, S. 685
  4. Bergmann, Schaefer: Elektromagnetismus, 9. Auflage, De Gruyter 2006, S. 517. Der thermoelektrische Thomson-Effekt wird dort thermogalvanischer Effekt genannt.
  5. Hering, Martin, Stohrer: Physik für Ingenieure, Springer 2007, S. 845. Auch der Ettingshausen-Nernst-Effekt 1. Art, die Umkehrung des Ettingshausen-Effekts, wird „Nernst-Effekt“ genannt.
  6. kfztech.de: Aktive Raddrehzahlfühler. Abgerufen am 17. August 2016.
  7. Regine Mallwitz: Analyse von Wirbelstromsignalen mit problemangepassten Funktionen für die zerstörungsfreie Materialprüfung. Abgerufen am 17. August 2016.
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