Din relația considerată mai devreme, fenomenul (efectul) = proprietatea * impactului rezultă că dacă acțiunea este scalară și efectul este vector, atunci proprietatea trebuie să fie și vectorială (tensor);
Vector = vector * scalar.
Proprietatea clasică a cristalelor, respectând această regulă, este efectul pirolectric (în diagrama aceasta este linia de sub numărul 12).
Pyroelectricitatea se manifestă prin proprietatea unui cristal dielectric pentru a schimba magnitudinea polarizării electrice cu o schimbare a temperaturii. Ca rezultat al încălzirii sau răcirii cristalului piroelectric, pe fețele sale apar sarcini electrice.
Cristalele de substanțe piroelectrice sunt dielectrice cu polarizare spontană (spontană) electrică.
De exemplu, este turmalina, pentaeritritolul. Pyroelectricile includ, de asemenea, feroelectrice, acestea fiind așa-numitele "piroelectrice moi" în care direcția polarizării spontane poate fi schimbată de un câmp extern.
În astfel de cristale, este posibil să se identifice celule elementare având un moment dipol electric necompensat:
unde q este sarcina, l este distanța dintre taxele egale și cele opuse.
Dacă dipolii sunt orientați identic, atunci cristalul se dovedește a fi polarizat electric. Polarizarea spontană este definită ca suma momentelor dipol pe unitatea de volum:
Din punct de vedere numeric, acesta este egal cu densitatea sarcinii suprafeței σ pe fețele opuse ale cristalului, normale față de direcția P.
Dacă cristalul este suficient de mult timp la o temperatură constantă, taxele în exces de pe suprafața sunt compensate prin scurgere, interacțiunea cu ionii de aer și în mod substanțial nici un cristal detectează polarizare exterior electric. Dacă temperatura cristalului schimbat în mod uniform At, apoi variază anizotrop distanța și unghiurile dintre celulele unitare, schimbarea tarifelor de polarizare spontane sunt deplasate dipoli și polarizarea constantă apare în cristal de-a lungul unei direcții numita axă electrică. Adică, ca urmare a efectului izotrop al temperaturii (Δt), o polarizare electrică suplimentară Δp apare în cristal, adică o proprietate vectorală.
Efectul piroelectric a fost detectat mai întâi pe cristalele de turmalină. Pe hârtie albă, pe care se aflau cristalele, praful a fost colectat aproape de capetele cristalului (polarizarea a apărut la fluctuațiile temperaturii camerei). Acest lucru este deosebit de evident dacă cristalul încălzit al turmalinei este presărat cu pulbere dintr-un amestec de sulf și paraziți, care, atunci când se freacă, sunt polarizați. Prafurile de sulf și ceară sunt atrase de diferite capete ale cristalului, care diferă în semn de încărcare. Un alt efect demonstrativ cunoscut - dacă cristalul Turmalina este răcit în azot lichid, și apoi trageți în aer, apoi la capetele cristalului începe să crească „barba“ de cristale de gheață formate pe congelare particulelor de umiditate condensat din aer.
Ecuația efectului piroelectric este în general neliniară
unde γ1, γ2 sunt coeficienții efectului piroelectric (γ1 <<γ2 ). Часто ограничиваются линейным уравнением
unde Δt este vectorii scalari, ΔP și γ.
Cristalele cristalelor au fost utilizate mult timp, dar nu suficient de larg.
Ele sunt foarte promițătoare pentru produsele tehnologiei microsistemului.
Ce pot face ei?
Senzori de temperatură cu sensibilitate până la 10 - 9 0 C.
Receptoare de radiație infraroșie, senzori de undă de șoc, contoare de tensiune, celule de memorie. Ele sunt, de asemenea, utilizate în convertoarele de energie termică (nu neapărat solare) în energie electrică.
Unele numere. Placa turmalină, cu grosimea de 1 mm, are γ = 1,3 * 10 -5 Cl / m 2 * K. Temperatura Registre schimbare 10 0 -5 C. Când este încălzit la 10 0 C este formată pe acesta cu o densitate de încărcare suprafață de 5 x 10 -5 C * m 2 care corespunde diferenței de potențial dintre fețele
1,2kV. În feroelectrică, coeficientul piroelectric este de 1-2 ordine de mărime mai mare decât cel al turmalinei.
Unele valori ale lui γ la 20 0 C.
Turmalină 1,3 * 10 -5
Sulfat de litiu 3 * 10-4
Niobat de litiu 2 * 10-3
Lantu tantal 1 * 10-4
Titanat de bariu (0,5-1) * 10-3
Ceramică feroelectrică 5 * 10 -5
Observarea și utilizarea efectului piroelectric este complicată și limitată de efectele conductivității (scurgerilor).
În plus, fiecare cristal piroelectric este un piezoelectric. O modificare a temperaturii cristalului, în special neuniformă, cauzează deformarea, urmată de o polarizare piezoelectrică suprapusă peste polarizarea cauzată de efectul piroelectric. Asta înseamnă că există un efect pyroeffect "primar" ("adevărat") și un efect piroelectric "secundar" sau "fals".
Dacă sunt introduse în cristal piroelectric într-un câmp electric și schimba tensiunea, invers trebuie observat efect piroelectric electrocaloric (10), adică schimbarea temperaturii unui piroelectric cauzată de schimbarea câmpului electric aplicat pe acesta. Lipman (1880) și Kelvin (1889) l-au prezis în secolul al XIX-lea și au fost descoperiți în curând experimental. Dar este foarte mică: pentru aceeași placă turmalina cu grosimea de 1 mm, schimbarea 1/300 B dă variația temperaturii de ordinul 10 ~ 5 la 0 ° C Sensibilitatea este segnetodielektrikah mult mai mare: în KH2 PO4 temperatură de tranziție în fază cristalină din zăcămintele puternice (în apropierea punctului Curie) poate varia cu aproximativ 2 ° C.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: