Пьезоэлектрический эффект.

При деформации некоторых кристаллических, не имеющих центра симмет­рии, полярных диэлектриков (включая все сегнето­электрики), была обнаружена электриче­ская поляри­зация и наоборот. Это явление получило название пьезоэлектрического эффекта. Наиболее подробно этот эффект изучен у кристаллов кварца, турмалина, сахара, сегнетовой соли и др.

Пьезоэлектрические кристаллы используются в качестве простых устройств, преобразующих механические колебания в электрические. На пьезокристаллах работают микрофоны, громкогово­рители, некоторые вольтметры и осциллографы, различная военная ап­паратура. Без пьезокристаллов невозможно работа мощных ультразвуковых излуча­телей, которые служат для обнаружения препятствий в воде. Для измерения давления часто используются датчики давления на основе пьезоэлектрического эффекта.

Изменение размеров тел под действием внешнего электрического поля в об­щем случае называется электрострикцией. Последняя имеет место во всех диэлек­триках (твердых, жидких, газообразных). Деформация при электрострикции про­порциональ­на квадрату напряженности поля Е² и при изменении направления поля не меняется.

Энергия заряженного уединенного проводника, конденсатора. Энергия электростатического поля.

1. Энергия заряженного проводника численно равна работе, которую должны со­вершить внешние силы для его зарядки W=A. При перенесении заряда dq из бесконечности на проводник совершается ра­бота dA против сил электростатического поля (по преодолению кулоновских сил отталки­вания между одноименными зарядами) : dA=dq=Cd.

Чтобы зарядить тело от нулевого потенциала до потенциала , потребуется ра­бота A=

Энергия заряженного проводника равна той работе, которую надо совершить, чтобы зарядить его, то есть:

W=

Выражение принято называть собственной энергией заряженного про­водника.

Увеличение потенциала  проводника при его зарядке сопровождается усиле­нием электростатического поля, возрастает напряженность поля . Естественно предположить, что собственная энергия заряженного проводника есть энергия его электростатического поля.

2. Энергия конденсатора.

Повторяя ход вышеприведенного расчета, нетрудно получить энергию заряженного плоского конденсатора

W= или W= ,

где  =U - разность потенциалов или напряжение на обкладках конденсатора.

3. Энергия электрического поля. Плотность энергии электричемкого поля.

Подставим в эту формулу выражения для емкости плоского конденсатора C= и разности потенциалов между обкладками . Тогда для энергии получим выражение:

W= , где V=Sd - объем электростатического поля между обкладками конденсатора.

Отсюда следует, что собственная энергия заряженного плоского конденсатора пропорциональна объему V поля между обкладками и на­пря­женности . Это является свидетельством того, что электростатическое поле обладает энергией.

По определению, объемная плотность энергии электрического поля или энергия единицы объема равна:

или . Можно записать, что , то есть часть энергии идет на поляризацию диэлектрика.

Иначе,

Где же локализована энергия электростатического поля и что является ее но­си­телем - заряды или само поле? Установлено, что переменные во времени электрические поля могут суще­ствовать обособленно, независимо от возбудивших их зарядов. Они распространя­ют­ся в пространстве в виде электромагнитных волн, способных переносить энергию. Отсюда следует, что энергия локализована в поле и носителем электрической энергии является поле.