Зертханалық жұмыс № 10 Түзу және қарсы пьезоэффектті оқып білу.
Жұмыстың мақсаты: Активті диэлектрлік материалдардың үлгілерімен танысу. Түзу пьезоэффект кезінде бөлінетін зарядты анықтау. Қарсы пьезоэффект құбылысын оқып білу.
Қысқашатеориялық мәлімет
Әр түрлі активті диэлектриктердің арасынан бұл тарауда тек пьезоэлектриктерді қарастырамыз. Пьезоэлектриктер қатарына кіретін диэлектриктер, өте күшті көрінетін пьезоэлектрлік эффектіге ие.
Түзу пьезоэлектрлік эффект деп механикалық кернеу әсерінен диэлектрикте пайда болатын поляризация құбылысын атайды.
Бұл құбылысты 1880ж ағайынды Кюри ашқан. Диэлектрлік материалдың әр бетінде пайда болатын электрлік заряд, механикалық күшке тәуелді сызықты заң бойынша өзгереді.
Сурет 27.Диэлектриктердегі пьезоэффект кезіндегі заңдылықтар.
Сурет 28 Қысқа уақыт күш жұмсалғанда пьезоэлементтің астарларында пайда болатын кернеудің осцилограммасы
(77)
мұндағы: Q — заряд; d— пьезомодуль; F — күш; S — аудан; q s — заряд, аудан бірлігіне келтірілген; Р — полярлану ;; — диэлектрик қимасындағы механикалық кернеу .
Осыдан пьезомодуль d сан түрінде зарядқа тең, ол заряд пьезоэлектриктің бірлік бетіне қысым бірлігі жұмсалғанда пайда болады( сурет27).Тәжірибеде қолданылатын пьезоэлектриктердің пьезомодуль мәні 1010Кл/Н жуық шаманы құрайды .
Пьезоэлектрлік эффект қайтымды болып табылады. Қарсы пьезоэлектрлік эффект кезінде электр өрісінің кернеуіне Е тәуелді диэлектриктің өлшемдері ∆l/l сызықты заң бойынша өзгереді ( сурет27 ,б)
(78)
мұндағы: δ — қатысты деформация(түрінің өзгеруі).
Бір материал үшін түзу және қарсы пьезоэффектінің пьезомодульдері d тең деп термодинамикада дәлелденген.
Пьезоэлектриктің деформациясы электр өрісінің бағытына тәуелді және өрістің бағыты өзгерген кезде оның таңбасы өзгереді. Сурет 27көрсетілген: пьезоэлектрикке синусоидалы электр өрісі берілсе,онда сол жиіліктегі синусоидалы деформация пайда болады. Пьезоэлектрлік эффектінің келесі түрлері бар ұзына бойы және көлденең. Ұзына бойы пьезоэлектрлік эффект деген , бұл пластинаның қарсы қырларында , механикалық күш жұмсалған бағытта зарядтардың пайда болуы,ал қарсы пьезоэлектрлік эффект кезінде берілген электр өрісінің бағытында деформация өлшенеді.
Көлденең пьезоэлектрлік эффект кезінде пайда болған зарядтарды немесе деформацияны механикалық күштің немесе электр өрісінің бағытына перпендикулярлы бағытта өлшейді. Келесі есте болуы керек, (77) және (78) өрнектер тек сапалы сипаттамасы болып табылады. Шын мәнінде пьезоэлектрлік эффектіні баяндау өте күрделі. Мұның себебі келесіде: механикалық кернеу бұл тензорлық шама және оның құрамында жалпы жағдайда алты тәуелсіз құраушысы болады. Кернеу тензорының векторлық сипаттамалардан ерекше айырмашылығы, ол тензор құраушысы кез келген элементарлы көлемнің қарсы қырында қарсы бағытталады , ал сол кезде элементарлы көлемнің барлық нүктелерінде кез келген вектор құраушысы бірдей бағытталады.Механикалық кернеумен поляризация векторының арасында байланысты орнататын пьезомодуль , механикалық кернеумен салыстырғанда өте жоғары орында болады. Оның 18 тәуелсіз құраушысы бар.
Бөлім 1: Пьезоэлектриктің түзу пьезоэффектісін оқып білу және пьезомодулді есептеу.