Студопедия
Новини освіти і науки:
МАРК РЕГНЕРУС ДОСЛІДЖЕННЯ: Наскільки відрізняються діти, які виросли в одностатевих союзах


РЕЗОЛЮЦІЯ: Громадського обговорення навчальної програми статевого виховання


ЧОМУ ФОНД ОЛЕНИ ПІНЧУК І МОЗ УКРАЇНИ ПРОПАГУЮТЬ "СЕКСУАЛЬНІ УРОКИ"


ЕКЗИСТЕНЦІЙНО-ПСИХОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПОРУШЕННЯ СТАТЕВОЇ ІДЕНТИЧНОСТІ ПІДЛІТКІВ


Батьківський, громадянський рух в Україні закликає МОН зупинити тотальну сексуалізацію дітей і підлітків


Відкрите звернення Міністру освіти й науки України - Гриневич Лілії Михайлівні


Представництво українського жіноцтва в ООН: низький рівень культури спілкування в соціальних мережах


Гендерна антидискримінаційна експертиза може зробити нас моральними рабами


ЛІВИЙ МАРКСИЗМ У НОВИХ ПІДРУЧНИКАХ ДЛЯ ШКОЛЯРІВ


ВІДКРИТА ЗАЯВА на підтримку позиції Ганни Турчинової та права кожної людини на свободу думки, світогляду та вираження поглядів



Електрострикція та п’єзоефект. Сегнотелектрики.

 

Досліди показують, що в електричному полі навіть на незаряжений початково діелектрик діє механічна сила. Походження цієї сили ми вже вияснили – на діелектрику з’являються поляризаційні заряди (як поверхневі, так і об’ємні) і тому на кожний елемент поверхні та об’єму діелектрика діють певні сили. Ці сили призводять до деформації діелектрика – в електричному полі діелектрик деформується. Явище носить назвуелектрострикції. Внаслідок електрострикції всередині діелектрика виникаютьмеханічні напруження, величина яких складним чином залежить від напруженості електричного поля. Поряд з електрострикцією існує ще один механічний ефект – обернений п’єзоефект. Відмінною рисою електрострикції є слідуючі особливості:

· Електрострикція має місце в кожному діелектрику, що поміщений в електричне поле.

· Електрострикція не залежить від напрямку прикладення електричного поля.

· Електрострикція є макроскопічним відображенням того факту, що на окремі молекули-диполі діелектрика діє електричне поле, яке намагається втягнути їх в області більшою напруженістю.

Рис. 32
Прямий та обернений п'єзоефект. До цього ми розглядали поляризацію діелектриків викликану зовнішнім електричним полем. Виявляється, що в деяких кристалічних діелектриках поляризація може виникнути під впливом механічних деформацій. Це явище отримало назву прямого п’єзоефекту. Класичним прикладом такого діелектрику є кристал кварцу, тобто кристал SiO2. Ці кристали належать до гексагональної сингонії, кристал кварцу має форму шестигранної призми, обмеженої двома шестигранними пірамідами (рис. 1). При стиску або розтягу кристалу перепендикулярно до осі с, яка називається оптичною віссю кристалу, на поверхні кристалу з’являються поляризаційні кристали.

+
+
+
Si
1
2
+
+
+
1
2
Si
+
+
+
+
+
+
А
В
+
+
Виникнення п’єзоефекту пояснюється слідуючим чином. При механічній деформації кристалу в його гратці виникають зміни двох сортів. По-перше, деформується кожна елементарна гратка. Наприклад внаслідок стиску правильний шестигранник в основі ґратки кварцу перетворюється в низькосиметричну шестикутну призму. При деформації кристала додатні та від’ємні іони гратки зміщуються одні відносно інших (рис. 1.1).

При деформації додатній іон 1 та від’ємний іон 2 “втискуються” всередину комірки, від чого виступаючі заряди зменшуються, що еквівалентно появі від’ємного заряду на площині А та додатнього на площині В.

+
+
+
+
+
+
L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAHmWbVMUA AADdAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPT2vCQBDF74LfYRmhN91VbGmjq4hS8NTS9A94G7Jj EszOhuxq4rfvHAq9zfDevPeb9XbwjbpRF+vAFuYzA4q4CK7m0sLX5+v0GVRMyA6bwGThThG2m/Fo jZkLPX/QLU+lkhCOGVqoUmozrWNRkcc4Cy2xaOfQeUyydqV2HfYS7hu9MOZJe6xZGipsaV9Rccmv 3sL32/n0szTv5cE/tn0YjGb/oq19mAy7FahEQ/o3/10fneAvF4Ir38gIevMLAAD//wMAUEsBAi0A FAAGAAgAAAAhAPD3irv9AAAA4gEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54 bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAMd1fYdIAAACPAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAuAQAAX3JlbHMvLnJl bHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAMy8FnkEAAAA5AAAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAApAgAAZHJzL3NoYXBl eG1sLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAeZZtUxQAAAN0AAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAJgCAABkcnMv ZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABAD1AAAAigMAAAAA " filled="f" stroked="f">
+
+
При розтягу кристала:

На грана А виникає додатковий додатній заряд, а на грані В – додатковий від’ємний.

По-друге, при деформації кристалу може виникати зсув іонних підграток, що входять в склад елементарної ґратки, одна відносно другої. Це проявляється в зміні електричного моменту елементарної ґратки. Розрахунки показують, що п’єзоефект повинен проявлятися тільки в таких діелектриках, елементарна кристалічна гратка яких не володіє центром симетрії, як це чітко спостерігається у випадку кристалу SiO2. Ще більш яскраво п’єзоефект проявляється в кристалах сегнетової солі, однак ця сіль має дуже низькі механічні властивості і нестабільна при підвищенні температури вище 40- 45°С .

Обернений п’єзоефект полягає в тому, що поляризація діелектрика зовнішнім полем викликає появу механічних деформацій. Легко догадатися, що існування оберненого п’єзоефекту є наслідком закону збереження енергії. Якщо пластинку, вирізану з кварцу, помістити між пластинами конденсатора так, щоб вісь а була перпендикулярна до пластин конденсатора, то прикладення до конденсатора зовнішньої напруги викличе стиск (або розтяг) цієї пластинки в напрямку перпендикулярному до осі а та в напрямку, що співпадає з віссю а. Прямий та обернений п’єзоефект знайшли широке практичне застосування. Прямий п’єзоефект, наприклад, покладено в основу надзвичайно якісних мікрофонів та звукознімачів. На оберненому ефекті побудовані генератори ультразвуку, стабілізатори опорних частот в радіотехнічних пристроях.

Рис. 33
Сегнетоелектрики. Деякі хімічні сполуки в твердому стані мають незвичні та цікаві діелектричні властивості. Початкове ці властивості були виявлені в кристалах сегнетової солі, а потім всі діелектрики з такими властивостями були названісегнетоелектриками. Сегнетова сіль – хімічна формула кристалізується в низькосиметричній ромбічній елементарній гратці. Кристали сегнетової солі демонструють сильно виражену анізотропію фізичних властивостей. Щодо електричних, то перша вражаюча риса – це аномально високе значення діелектричної проникливості . Якщо хімічно чиста деіонізована вода має найвищий серед звичайних діелектриків , то в діапазоні кімнатних температур для сегнетової солі досягаєдекількох тисяч!Друга властивість полягає в тому, що значення вектора індукції складним чином залежить від напруженості поля, тобто, і діелектрична проникливість є функцію зовнішнього поля. Третя особливість полягає в тому, що величина індукції при зміні вектора напруженості утворює петлю гістерезису – див. рис 2.

Значення D1 при Eo=0 називається остаточною поляризацією, а величина поля Е, що проводить деполяризацію діелектрика називається коерцитивною силою.

Далі, сегнетоелектричні властивості дуже сильно залежать від температури. Існує температурна точка (а для деяких сегнетоелектриків навіть дві температурні точки) вище яких (і нижче яких) сегнетоелектричні властивості зникають. Ці точки називають температурою Кюрі. Так наприклад, для сегнетової солі сегнетоелектричні властивості мають місце в температурному інтервалі між -15°С та+22,5°С.

Рис. 34
Вважається встановленим, що причиною незвичних властивостей сегнетоелектриків є існування спонтанної поляризації в мікрообластях об’єму за рахунок особливо сильної взаємодії між частинками речовини. В цих мікрооб’ємах, що називаються доменами, дипольні моменти частинок орієнтовані однаково і тому домен володіє великим дипольним моментом. Загалом дипольні моменти сусідніх доменів розташовані хаотично і тому сумарний дипольний момент невеликий. Таке розташування дипольних моментів відповідає мінімуму енергії, в протилежному випадку навколо сегнетоелектрика виникло б електричне поле, яке володіло б певною енергією. В зовнішньому електричному полі проходить зміна напрямку поляризації в окремих доменах – див. рис.3. Ці зміни такі, що вектори поляризації доменів наближаються до паралельного розташування по відношенню до вектора напруженості зовнішнього поля, і тим сильніше, чим більше поле. Тому електричний момент всього сегнетоелектрика змінюється і ця зміна сприймається як його поляризація. Наявність областей спонтанної поляризації – доменів є найбільш характерною сегнетоелектриків.

 

 


Змістовний модуль№ III.

Лекція №11

21. Постійний електричний струм

Електричний струм – впорядкований рух вільних електричних зарядів.

Електричний струм , що виникає під дією електричного поля , називається струмом провідності.

Впорядкований рух в просторі заряджених макроскопічних тіл називається конвекційним струмом. Електричний струм в провідниках існує до тих пір, доки всі точки провідника не стануть еквіпотенціальними.

Умови , які необхідні для появи та існування електричного струму провідності :

3. Наявність в даному середовищі вільних носіїв зарядів (електрони , дірки , іони).

4. Наявність зовнішнього електричного поля , енергія якого використовувалась би для впорядкованого руху зарядів. Для цього необхідне джерело електричної енергії , тобто пристрій , який перетворює будь-які види енергії в енергію електричного поля.

За напрям електричного струму уявно приймають напрям руху додатніх зарядів.

Кількісною мірою електричного струму служить сила струму.

Сила струму – скалярна фізична величина , яка чисельно дорівнює електричному заряду , що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу :

.

Якщо сила струму і його напрямок не змінюється з часом , то такий струм називається постійним.

Для постійного струму сила струму визначається наступним чином :

.

Напрям струму та розподіл сили струму І по перерізу провідника визначається векторною величиною , що зветься густина струму :

Вектор напрямлений вздовж струму і чисельно дорівнює силі струму , який проходить через одиницю площі перерізу провідника, який проведений перпендикулярно до напрямку струму :

 

. ; ;

Сила струму у провіднику визначається :

 

, де

Виразимо силу і густину струму через швидкість впорядкованого руху зарядів у провіднику. За час dt через поперечний переріз S переноситься заряд .

Сила струму :

.

Тоді густина струму визначається : .

Для металів , ; .

Для порівняння при Т=273°К.

Швидкість розповсюдження струму у провіднику не дорівнює швидкості впорядкованого руху електронів , а визначається швидкістю розповсюдження електричного поля , яка дорівнює .

 




Переглядів: 1402

<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
 | Закон Ома у диференціальній формі

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

  

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.003 сек.