Пьезоэлектрический эффект

Наблюдается в некоторых твердых диэлектриках, состоящих из полярных молекул. Если кристалл такого вещества подвергнуть деформации, то составляющие его диполи могут поворачиваться и изменять поляризацию кристалла. При этом на противоположных гранях кристалла появляются связанные электрические заряды, создающие электрическое поле. Знак зарядов зависит от характера деформации. Явление возникновения электрического поля при деформации кристаллов называется прямым пьезоэлектрическим эффектом.

Различают продольный и поперечные пьезоэффект.

а) продольный пьезоэффект б) поперечный пьезоэффект

Обратный пьезоэффект заключается в том, что в кристалле, помещенном в электрическое поле, возникает механическая деформация.

Изменение размеров тел под действием внешнего электрического поля в общем случае называется электрострикцией. Пьезоэлектрические и электрострикционные свойства кристаллов (кварц, сегнетова соль, титанат бария и др.) широко используются для преобразования механических колебаний в электрические и наоборот.

В некоторых кристаллах (турмалин) все молекулярные диполи направлены вдоль одной кристаллографической оси. Такой кристалл всегда поляризован даже в отсутствие внешнего электрического поля. Поляризационные заряды на противоположных гранях кристалла притягивают заряженные пылинки и ионы, которые постепенно нейтрализуют поляризационные заряды и создаваемое ими электрическое поле. Но если такой кристалл нагреть, то вследствие расширения поляризация единицы объема уменьшится и компенсация поляризационного заряда нарушится и возникнет электрическое поле. Возникновение электрического поля при нагревании кристаллов называется пироэлектричеством.

Сегнетоэлектрики

Существует группа веществ (сегнетова соль), в которых самопроизвольно возникают целые области (домены), дипольные моменты отдельных молекул в которых ориентированы одинаково даже в отсутствие внешнего поля. У соседних доменов ориентация диполей различна и кристалл в целом дипольным моментом не обладает. При внесении в электрическое поле домены начинают ориентироваться по полю и поэтому, даже в слабых полях, диэлектрическая проницаемость таких веществ достигает нескольких тысяч. Зависимость поляризации от напряженности поля не является линейной (петля гистерезиса). При снятии внешнего поля кристалл остается поляризованным.

При нагревании выше некоторой температуры, называемой точкой Кюри, самопроизвольная поляризация разрушается и сегнетоэлектрик ведет себя как обычный диэлектрик. У сегнетовой соли Θ = 25⁰С, у титаната бария значительно выше.

Лекция 5

Электроемкость проводников

Если зарядить уединенный проводник, сообщив ему заряд q, то этот заряд распределится по его поверхности так, чтобы поле в проводнике равнялось 0. При этом все точки проводника будут иметь одинаковый потенциал. Если увеличить заряд, то потенциал увеличится во столько же раз, q   или q = C . Коэффициент пропорциональности С называется электроемкостью проводника.

Если изменить заряд проводника на q, то потенциал проводника изменится на  : q + q = C( + ) = C + C, так как, q = C, следовательно q = C. Если  = 1, то С = q. Электроемкость проводника численно равна заряду, который нужно сообщить проводнику для увеличения его потенциала на единицу.

Размерность электроемкости в системе СИ: (фарад).

Вычислим потенциал заряженного шара. φ₁ – φ₂ = . 1 – точка на поверхности шара (r = R), 2 – на бесконечном удалении, φ₂ = 0 при r = ∞.

φ = , С =-электроемкость уединенного проводника зависит от его размеров, формы, диэлектрических свойств окружающей среды и не зависит от заряда проводника.

В системе СГС С = εR и емкость измеряется в см, 1 Ф = 9·10¹¹ см = 9·10⁹ м.

Фарад очень большая величина, поэтому на практике пользуются долями фарада:

1 мкФ = 10^-6 Ф, 1 нФ = 10^-9 Ф, 1 пФ = 10^-12 Ф.