핀치효과와 홀효과 pinch effect hall effect

핀치효과는 도체가 액체로 되어 있다면 전류가 흐르면 단면적이 줄어들어 전기가 흐르지 않고 다시 원상태로 복원되는 과정을 반복하는 것을 의미합니다 홀효과는 자계와, 전계가 직각인 도체의 양단에 걸리는 전위차를 설명할 때 사용됩니다.

핀치효과 (pinch effect)

임의의 전류 도체가 금속이 아닌 액체로 되어 있다면 중심을 향해 수축하여 단면적이 점차 줄어들어 결국 전류가 흐르지 않게 됩니다. 전기가 흐르지 않아 수축력이 없어지면 다시 원상태로 복귀하게 됩니다. 그러면 다시 수축력이 작용하여 이러한 운동을 반복하게 됩니다. 이 현상을 핀치효과 (pinch effect)라고 합니다. 플라즈마 발생의 원리이기도 한 핀치효과는 핵융합이나 MHD 발전에 이용되는 원리이기도 합니다.

 

핀치효과

 

홀효과 (hall effect)

도체가 자계내에서 직각방향으로 전류가 흐르면 자계와 전류 모두에 수직인 방향으로 전위차가 발생합니다. 1879년 미국의 물리학자 홀(E. H. Hall)이 발경하였습니다. 홀 효과(Hall effect)는 전류를 흐르는 전도체에 자기장을 인가할 때 나타나는 현상을 말합니다.

 

홀효과

 

전도체를 통과하는 전류에는 이동하는 전하를 가지고 있습니다. 이때 전도체에 수직으로 자기장을 가하면, 전하에 의해 생성되는 힘에 의해 전하가 한쪽 방향으로 편향되는 현상이 발생합니다. 이 편향된 전하로 인해 전도체의 한쪽 면에서 양성 전하가 모이고, 다른 한쪽 면에서는 음성 전하가 모이게 됩니다. 이는 전도체 면에서 전압차가 발생시키는데, 이를 홀 전압(Hall voltage)라고 합니다.

 

도체 내에서 전자들은 정이온들은 일정한 영역 내에서 고정적으로 배열되어 있어서 도체는 고체의 성질을 갖고 있습니다. 여기에 외부에서 자계를 걸어주게 되면 전자들은 힘을 받아 위치가 약간 이동합니다. 전하 중심 사이에도 변위가 일어납니다. 전자와 정이온사이에도 쿨롱의 힘이 작용하여 변위가 일어나는 것을 억제하려고 합니다. 즉, 자계로 인해 전자가 이동하면 전자와 정이온 사이에 흡인력이 작용하는데 자계에 의해 전자를 이동시키려는 힘인 자기력에 비해 쿨롱의 힘이 워낙 강하기 때문에 전자의 실제 변위는 측정할 수 없을 정도로 매우 작습니다. 하지만 자계와 전하속도에 직각인 도체판의 양단면 사이에서는 약간의 전위차가 발생합니다. 이것이 홀효과 (hall effect)라고 하며 이 전압을 홀전압입니다.

홀 효과는 전류와 자기장 사이의 관계를 이해하고, 전하의 이동 방향이나 전하의 밀도 등을 측정하는 데에 활용됩니다. 또한, 센서나 장치의 동작 원리를 이해하는 데에도 중요한 역할을 합니다. 홀효과는 자기장 속에서 전류의 움직임을 알 수 있기 때문에 이를 이용하여 자기장을 측정하는 자기력계로 사용이 가능합니다.

 

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