3. Проводники и диэлектрики в электрическом поле 3.

3. Проводники и диэлектрики в электрическом поле 3. 1. Проводимость материалов

3. 2. Проводники в электрическом поле -в проводнике отсутствует Кулоновская сила; -в проводнике отсутствуют заряды; -в проводнике отсутствует электрическое поле

-металлическая оболочка или сетка экранируют внутреннюю часть от электрических полей; -заряд внутри металлической оболочки создаёт вне её электрическое поле; -заземлённая оболочка экранирует электрическое поле внутреннего заряда

3. 3. Диэлектрики в электрическом поле -в диэлектрике могут присутствовать заряды; -в диэлектрике может присутствовать электрическое поле; -во внешнем поле диэлектрики поляризуются (возникают связанные заряды) Ионная решёточная поляризация Поляризованность (вектор поляризации)

Электрическое поле в диэлектрике, электрическая индукция

Неполярные диэлектрики Полярные диэлектрики

3. 4. Сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, электреты Ba. Ti. O 3 – титанат бария (сегнетова соль), ТС = 133 о. С; Li. Nb. O 3 – ниобат лития , ТС = 1210 о. С 1. Конденсаторы с большой диэлектрической проницаемостью. 2. Конденсаторы с управляемой ёмкостью. 3. Оптические элементы, управляемые полем. 4. Запоминающие устройства для компьютеров.

Регулярная доменная структура кристалла Li. Nb. O 3 Нелинейно-оптический преобразователь длины волны лазерного излучения,

Прямой пьезоэффект наблюдается в веществах, в состав элементов симметрии которых не входит центр инверсии (кристалл кварца - SIO 2) Обратный пьезоэффект Пьезокерамика: поликристаллический порошок типа Pb(Zr. Ti)O 3 – цирконат-титонат свинца (ЦТС). Изделия изготавливаются прессованием с последующим отжигом, нанесением электродов и поляризацией Электрострикция

3. 5. Пьезокерамические функциональные элементы и устройства Условное деление типовых пьезоэлементов в зависимости от их конфигурации: пластина (plate), диск (disc), кольцо (ring), брусок (bar), стержень (rod), цилиндр (cylinder). Гибкие пьезокерамические элементы: пластинчатые (plate bender) и дисковые (disc bender), которые, в свою очередь, подразделяются на юниморфы (unimorph), то есть однослойные, и биморфы (bimorph) — двухслойные. Генераторы Преобразуют механическое воздействие в электрический потенциал, используя прямой пьезоэффект: искровые воспламенители нажимного и ударного типов, твердотельные батареи. Датчики Пьезокерамические датчики преобразуют механическую силу или движение в пропорциональный электрический сигнал (прямой пьезоэффект). Осевые датчики (механическая сила действует вдоль оси поляризации): диски, кольца, цилиндры и пластины - датчики ускорения (акселерометры), датчики давления, датчики детонации, датчики разрушения. Гибкие датчики (сила действует перпендикулярно оси поляризации): пластинчатые биморфы (двухслойные элементы): датчики силы и ускорения.

Актюаторы (пьезоприводы) Строятся на обратном пьезоэффекте и преобразуют электрические величины (напряжение или заряд) в механическое перемещение (сдвиг) рабочего тела. Пьезоэлектродвигатели Достоинства: возможность прямого позиционирования с субмикронной точностью; безынерционность и др. Применение: привод для объективов фото- видеокамер; медицинский шприц-дозатор; микронасос; устройства, работающие в условиях вакуума, низких температур, магнитных полей

Преобразователи Предназначены для преобразования электрической энергии в механическую. Так же как и актюаторы, основываются на принципе обратного пьезоэффекта: звуковые (ниже 20 к. Гц) — зуммеры, телефонные микрофоны, высокочастотные громкоговорители, сирены и т. п. ; ультразвуковые — высокоинтенсивные излучатели для сварки и резки, мойки и очистки материалов, датчики уровня жидкостей, дисперсионные распылители, генераторы тумана, ингаляторы, увлажнители воздуха, ультразвуковые измерители расстояния в воздушной среде (Air Transducers), сенсоры наличия и движения в охранных системах, в уровнемерах, для дистанционного контроля и управления, в устройствах отпугивания птиц, зверей и сельскохозяйственных вредителей и т. д. (производятся трех типов: передающие, приемные и приемо-передающие); высокочастотные ультразвуковые — оборудование для испытания материалов и неразрушающего контроля, диагностика в медицине и промышленности, линии задержки и т. д.

Микронаушник, микрофон Оборудование для неразрушающего контроля Толщиномер Набор пьезопреобразователей

Комбинированные системы преобразуют электрические величины в электрические, при последовательном использовании обратного и прямого пьезоэффектов. В качестве примеров таких систем можно привести эхолоты, измерители потоков, пьезотрансформаторы, «искатель ключа» . Трансформаторы При подаче переменного напряжения на электроды первичной цепи, благодаря обратному пьезоэлектрическому эффекту, возникают механические напряжения. Последние приводят к деформации пьезокристалла, которая, благодаря прямому пьезоэлектрическому эффекту, вызывает изменение напряжения во вторичной цепи. Изменение величины выходного напряжения достигается за счёт разных размеров первичной и вторичной частей трансформатора (на рисунке схема повышающего трансформатора).

Достоинства пьезотрансформаторов: малые шумы, высокая гальваническая изоляция, возможность работы на высоких частотах, нечувствительность к магнитным полям. Недостатки проистекают из необходимости работы в режиме механического резонанса. Применение: миниатюрные системы зажигания газоразрядных ламп и питания люминесцентных ламп