Как ноутбук и кейс от наушников понимают, что вы их открыли?

Функции наших устройств стали настолько привычными, что мы вообще не задумываемся о том, как в них все устроено. В целом, мы и не должны, но сегодня немного поинтересуемся.

Сегодня поговорим о довольно простом, но очень помогающим в работе технике физическом явлении – об эффекте Холла. В первую очередь, речь пойдет о датчиках.

Мы уже знаем, что на движущуюся частицу в магнитном поле действует сила Лоренца, которая эту частицу отклоняет. Если мы возьмем металлическую пластину и, пустив по ней ток, поместим ее в магнитное поле (конечно, оно должно быть направлено поперек протекания тока), то на каждый движущийся в пластине электрон (ток - это же движение электронов) будет действовать эта сила. Таким образом, электроны будут отклоняться от своего первоначального направления и двигаться по дуге, поэтому часть из них не достигнет противоположного полюса пластины и останется на ее боковой стенке. На этой стенке начнет накапливаться отрицательный заряд, а т.к. противоположная боковая стенка будет обеднена электронами (на нее они вообще почти не будут попадать), она будет накапливать положительный заряд. Так между этими боковыми стенками возникает разность потенциалов или напряжение, называемое напряжением Холла.

Идея использования данного эффекта в том, что ток, протекающий по проводнику, будет «чувствовать» появляющееся магнитное поле (например, при приближении магнита) и на боковых стенках проводника будет возникать напряжение Холла. Т.е. этот эффект дал толчок к созданию датчиков положения – датчиков Холла.

Единственный нюанс в том, что в датчиках Холла не используются проводники, т.к. напряжение на боковых стенках у них очень мало. В металле такая большая плотность электронов, что им там тесно, они, как ни парадоксально, ограничены в движении, особенно поперек движущегося потока. Поэтому далеко не все отклоненные электроны достигают поперечной стенки. Представьте, что вы едете в плотном автомобильном потоке по многополосной дороге на высокой скорости в крайнем левом ряду, и вдруг вспомнили, что вот прямо сейчас будет ваш поворот направо. Довольно сложная задача – перестроиться в крайний правый ряд. Гораздо удобнее в датчиках использовать полупроводники, в которых, вроде как, и ток может идти, и плотность зарядов не такая большая, и они свободно могут двигаться поперек потока.

Как раз такие датчики и используются в ноутбуках и кейсах от наушников. В корпусе ноутбука или кейса находится датчик холла, а в крышке – магнит. При закрытии крышки датчик чувствует появление магнитного поля при приближении магнита, и в нем возникает напряжение Холла, которое снимается с боковых контактов датчика, усиливается и передается электронике, которая уже решает, как реагировать на этот сигнал (включить спящий режим, например).

Преимущество таких датчиков в том, что магнитному полю, вызывающему сигнал, не мешают препятствия, поэтому они продолжают работать при попадании в систему грязи и других посторонних предметов. А какое устройство имеет большое количество двигающихся частей и постоянно контактирует с грязью? Правильно, автомобиль! Именно в автомобиле наибольшую пользу приносят датчики Холла. Они считают обороты двигателя, измеряют скорость, ну и, конечно же, обеспечивают безопасность при торможении с системой АБС.

Грубо говоря на вращающиеся элементы автомобиля (колесо, распредвал и всякие другие валы) прикреплены несколько магнитов на определенном расстоянии друг от друга, а рядом стоит датчик Холла. При вращении он считывает импульс появления напряжения от каждого проходящего мимо магнита, а затем система, зная расстояние между магнитами и время между импульсами, рассчитывает скорость вращения. А когда, например, при торможении колесо блокируется, датчик видит, что напряжение Холла пропало и посылает сигнал электронике отпустить тормоз, а при появлении нового импульса от вновь начавшего вращаться колеса тормоз нажимается снова. И так происходит торможение рывками.

Пишите в комментариях, какие еще знаете примеры устройств с датчиками Холла.