Efekt Halla w telefonie – do czego służy i na czym polega to zjawisko?

Efekt Halla – co to za zjawisko?

W codziennie użytkowanych urządzeniach mobilnych czujniki Halla odpowiadają między innymi za mechanizm wybudzania lub wygaszania ekranu smartfona. Nie chodzi tu jednak o prosty czujnik wyłączający ekran podczas, gdy smartfon przyłożony jest do ucha w trakcie rozmowy. W odróżnieniu od czujnika zbliżeniowego, czujnik Halla w telefonie opiera się na dużo bardziej złożonym efekcie, odkrytym w 1879 roku przez naukowca, Edwina Halla.

Efekt Halla to zjawisko fizyczne, które wytwarza się w momencie różnicy potencjałów w przewodniku prądu elektrycznego. Zjawisko to zachodzi jedynie w momencie, gdy przewodnik znajduje się w polu magnetycznym, które jest ułożone poprzecznie w stosunku do płynącego prądu. Odkryte zostało przez Edwina Halla w 1879 roku. O efekcie Halla mówi się, gdy w polu magnetycznym wytwarza się pewna różnica. Pojawia się ona między płaszczyznami ograniczającymi przewodnik i jest skierowana prostopadle do płaszczyzny wyznaczonej przez kierunek prądu i indukcji. Efekt Halla to pochodna działania siły Lorentza na ładunki poruszające się w polu – pozwala on na wykrywanie i ustalanie lokalnego natężenia pola magnetycznego.

Do czego wykorzystuje się efekt Halla?

Efekt Halla odkryty został przed odkryciem elektronu. Dopiero, gdy do użytku technicznego weszły półprzewodniki takie jak krzem, zjawisko Halla zaczęło znajdować zastosowanie w konstruowaniu wielu urządzeń z różnych dziedzin nauki i techniki. Efekt Halla pozwala na pomiar znaku ładunków znajdujących się w przewodniku oraz ich koncentrację. Umożliwia on określenie wartości indukcji pola magnetycznego. Urządzenia, które służą do takich badań, nazywa się hallotronami. Stosuje się je w różnego typu czujnikach (między innymi w ABS lub ESP, a także w projektorach). Efekt Halla pozwolił również zbudować specjalny silnik, również nazwany na cześć odkrywcy zjawiska. Czujniki Halla wykorzystywane są w maszynach fabrycznych między innymi do pomiaru poziomu płynów.

Zjawisko Halla wykorzystywane jest również w konstrukcji sprzętów takich jak drukarki, laptopy, telefony komórkowe, a także samochody i rowery. Pomiar pola magnetycznego przydaje się zarówno w tak skomplikowanych mechanizmach jak układy sterowania pojazdów, jak i tych prostszych, jak wyczuwanie, czy w drukarce znajduje się papier, a także wygaszanie ekranu laptopa przy przymykaniu jego klapy oraz wyłączenie wyświetlacza podczas zamykania etui smartfona lub czytnika e-booków.

Zjawisko Halla – zastosowanie w urządzeniach mobilnych

Czujnik Halla w telefonie początkowo stosowany był w etui do telefonów i tabletów. Pierwszy raz zastosowała go w iPhonie i iPadzie firma Apple, wyposażają  w czujnik Halla specjalnie skonstruowane etui Smart Cover. Efekt Halla zdobywał kolejnych zwolenników wśród użytkowników telefonów innych marek, umieszczanych w opracowanych z użyciem czujnika Halla etui z klapką. Po otwarciu klapki ekran urządzenia automatycznie podświetlał się, co pozwalalo oszczędzić czas i energię, której wymagałoby przyciskanie dodatkowych guzików telefonu, by „obudzić go” po otwarciu etui.

Elementy czujnika Halla w laptopach wmontowane są w pokrywę urządzenia oraz w główną, dolną część konstrukcji, najczęściej w okolicach miejsca, na którym opieramy dłonie, korzystając z urządzenia, w ostatnich modelach coraz częściej zminiaturyzowane czujniki Halla umiejcawiane są w ramce laptopa. Zachowana musi zostać tylko jedna zasada – elementy czujnika muszą stykać się w momencie zamykania laptopa, a oddalać w miarę otwierania go, aby wyciszyć – i – w zależności od ustawień urządzenia, uśpić lub zahasłować sprzęt. I na odwrót – podczas otwierania komputera, obudzić system i podświetlić ekran.

Efektowna i praktyczna funkcja, za którą odpowiada właśnie czujnik efektu Halla w telefonie obecnie znajduje zastosowanie w coraz popularniejszych telefonach fold/flip, składanych na pół. Tu, analogicznie jak w przypadku laptopów, po złożeniu telefonu, czujnik oparty o efekt Halla wykrywa pole magnetyczne pomiędzy elementami urządzenia i automatycznie wygasza ekran. W obu sytuacjach – laptop lub telefon zamknięte z włączonym ekranem zużywałyby ogromną ilość energii i niebezpiecznie nagrzewały się, co miałoby wpływ na ich pracę, zmniejszało wydajność baterii, a nadmierne rozgrzanie groziłoby nawet uszkodzeniem sprzętu.

Czujnik Halla wpływa więc nie tylko na wygodę korzystania ze sprzętów elektronicznych, ale również ich ergonomię i bezpieczeństwo. Odkryty prawie 150 lat temu efekt Halla do dziś usprawnia korzystanie ze sprzętów elektronicznych, dbając o ich optymalną eksploatację i wygodę użytkowania.