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  • Investigación y Ciencia
  • Enero 2019Nº 508
Taller y laboratorio

Física

Cómo construir un sensor de efecto Hall con bismuto

Este metal tan raro y singular es el perfecto aliado para medir el campo magnético de superimanes permanentes.

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En la última entrega nos adentramos en la construcción de potentísimos imanes permanentes [véase «Superimanes permanentes», por Marc Boada; Investigación y Ciencia, septiembre de 2018]. Pero de nada nos sirve esa potencia si no podemos medirla. Asimismo, anunciábamos que con esos imanes podríamos estudiar diversos fenómenos, y, en todos los casos, el conocimiento sobre la intensidad del campo magnético será esencial.

Por ello hemos decidido dedicar esta columna al estudio y aplicación de uno de los fenómenos magnetoeléctricos más fecundos: el efecto Hall. Observado por primera vez por Edwin Herbert Hall en 1879 (18 años antes del descubrimiento del electrón) mientras realizaba su tesis doctoral, corresponde a una manifestación mesurable de la fuerza de Lorentz. En presencia de un campo magnético, las cargas en movimiento desvían su trayectoria debido a la denominada fuerza de Lorentz, que es perpendicular al movimiento de estas y a la dirección del campo magnético. Al desviarse, las cargas se acumulan a los lados del material y crean una diferencia de potencial que se puede medir.

La construcción de un sensor de efecto Hall es relativamente sencilla, al menos sobre el papel (véase el esquema eléctrico de la página siguiente). Se toma una plaquita metálica tan delgada como sea posible, se recorta en forma de rectángulo alargado y se sueldan unos electrodos en el centro de cada uno de sus cuatro lados. Los dos situados en los lados cortos se conectan a una fuente de alimentación. Los otros dos se conectan a un voltímetro muy sensible. De entrada, el voltímetro no marca nada. Pero tan pronto como la plaquita se ve sumergida en el seno de un campo magnético, aparece un cierto voltaje, proporcional a la intensidad del primero. Ello le capacita como sensor para la medida de campos magnéticos de distintas intensidades. Como ya hemos avanzado, este voltaje secundario, o tensión de Hall, responde al encorvamiento que experimentan las trayectorias de los portadores de carga bajo el campo magnético de un imán. En la práctica, el valor de la tensión de Hall no depende solo de la intensidad del campo magnético, sino también de las dimensiones de la plaquita y de los materiales con que esta ha sido construida, ya que cada conductor tiene una constante de Hall característica.

En nuestro caso, construiremos un sensor de efecto Hall a partir de una plaquita de bismuto, un raro semimetal que podremos conseguir sin grandes dificultades. Este metal suavemente rosado posee juntas tantas características únicas que resulta muy singular. De hecho, ya apareció en estas páginas porque forma bellísimos cristales artificiales [véase «Materia cristalina», por Marc Boada Ferrer; Investigación y Ciencia, mayo de 2014]. Y es precisamente su belleza lo que hace que, pese a ser escasísimo, pueda encontrarse en tiendas de minerales en forma de bonitos cristales iridiscentes. Ello nos permite tener, a un precio más que razonable, una muestra de un elemento químico con varios récords.

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