Объяснение эффекта
Существование спонтанной поляризации, то есть несовпадение центров тяжести положительных и отрицательных зарядов, обусловлено достаточно низкой симметрией кристаллов.
[Править]Сегнетоэлектрики
Особой группой пироэлектриков являются сегнетоэлектрики. Если нагревать сегнетоэлектрик, то при определённой температуре спонтанная поляризация в нём исчезнет и кристалл переходит в непироэлектрическое состояние (фазовый переход). В области температур, близких к температуре фазового перехода, величина спонтанной поляризации резко меняется с изменением температуры, так что пироэлектрический эффект в этой области особенно велик.
[Править]Другие свойства
Существует эффект, обратный пироэлектрическому: если пироэлектрик поместить в электрическое поле, то его поляризация изменяется, что сопровождается нагреванием или охлаждением кристалла. Изменение температуры при этом прямо пропорционально напряжённости электрического поля.
[Править]Применение в технике
Пироэлектрики используются в технике в качестве индикаторов и приёмников излучений. Их действие основано на регистрации электрических сигналов, возникающих в кристалле при изменении их температуры под действием излучения.
Сегнетоэлектричество — физическое явление, наблюдающееся в некоторых кристаллах, называемых сегнетоэлектриками, в определённом интервале температур и заключающееся в возникновении спонтанной поляризации кристалла даже в отсутствие внешнего электрического поля. Сегнетоэлектрики отличаются от пироэлектриков тем, что при определённой температуре (так называемой диэлектрической точке Кюри) их кристаллическая модификация меняется и спонтанная поляризация пропадает.
Кристаллическая модификация, в которой наблюдается спонтанная поляризация, называется полярной фазой, а в которой не наблюдается — неполярной фазой.
Явление сегнетоэлектричества аналогично явлению ферромагнетизма и в англоязычной литературе носит название ферроэлектричества (англ. ferroelectricity).
Для феноменологического описания фазовых переходов в сегнетоэлектриках используется теория Ландау
Отличительными чертами сегнетоэлектриков являются также высокие значения диэлектрической проницаемости, наличие пьезоэлектрическогои пироэлектрического эффектов, зависимость показателя преломления от величины приложенного электрического поля. Эти свойства определяют область применения сегнетоэлектриков — в конденсаторах, пьезоэлектрических устройствах, электрооптических системах,нелинейной оптике, различных температурных датчиках.
Билет 18) Пьезоэлектрики, прямой и обратный пьезоэлектрический эффект.
Пьезоэле́ктрики — диэлектрики, в которых наблюдается пьезоэффект, то есть те, которые могут либо под действием деформациииндуцировать электрический заряд на своей поверхности (прямой пьезоэффект), либо под влиянием внешнего электрического поля деформироваться (обратный пьезоэффект). Оба эффекта открыты братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880—1881 гг.[1]
Пьезоэлектрики широко используются в современной технике как датчики давления, пьезоэлектрические детонаторы, источники звукаогромной мощности, миниатюрные трансформаторы, кварцевые резонаторы для высокостабильных генераторов частоты, пьезокерамические фильтры, ультразвуковые линии задержки и др. Наиболее широкое применение в этих целях кроме кристаллического кварца получила поляризованная пьезокерамика, изготовленная из поликристаллических сегнетоэлектриков, например, из цирконата-титаната свинца
Прямой пьезоэлектрический эффект заключается в
a. деформации диэлектрика под действием электрического поля
b. возникновении электрической поляризации при деформации тела
c. изменении температуры при поляризации диэлектрика
d. возникновении индуцированных зарядов при изменении температуры
Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в
a. возникновении механических напряжений, под действием электрического поля
b. изменении температуры при поляризации диэлектрика
c. деформации диэлектрика под действием механических сил
d. возникновении индуцированных зарядов при изменении температуры
Пьезоэлектрические материалы используются для
a. изготовления нагревательных элементов, датчиков вибрации и давления, звукоснимателей, микрофонов, телефонов, преобразователей тепловой энергии в электрическую
b. изготовления детекторов и приёмников излучения, датчиков теплометрических приборов, нагревательных элементов, визуализации ИК-изображений
c. выпрямления электрического тока, усиления слабых электрических сигналов, передачи информации, преобразования электрической энергии в механическую
d. изготовления пьезоэлектрических стабилизаторов и фильтров, датчиков вибрации и давления, звукоснимателей, микрофонов, телефонов, излучателей ультразвука и элементов зажигания
6. Причиной пироэлектрического эффекта является
a. смещение решётки положительных ионов относительно решётки отрицательных ионов
b. деформация кристалла
c. неравномерный нагрев кристалла
d. протекание электрического тока
Билет 19 ) Электропроводность диэлектриков, электрическая прочность.
Электропроводность диэлектриков
Электропроводность диэлектриков определяется в основном перемещением ионов. На концентрацию ионов оказывают влияние: состав материала, температура, облучение материала частицами высоких энергий. Концентрация подвижных носителей заряда в полярных материалах, как правило, выше, чем в неполярных. Это связано с тем, что ионы примесей электрически взаимодействуют с дипольными моментами полярных молекул, поэтому очистка полярных материалов от примесей затруднена.
Влияние температуры на электропроводность диэлектриков
При повышении температуры энергия системы повышается на величину kT и вероятность выхода иона из потенциальной ямы возрастает (см. рис.2 в конспекте 1). Поэтому электропроводность диэлектриков при повышении температуры растет в соответствии с выражением:
g=g0 exp(Ea/kT) (2.1)
Рис. 25. Зависимость электропроводности от температуры.
где: g - удельная электропроводность диэлектрика, gо -константа, Ea - энергия активации выхода иона из потенциальной ямы, kT- тепловая энергия системы.
Влияние напряженности поля на электропроводность диэлектриков
При сравнительно небольших значениях напряженности поля электропроводность диэлектриков следует закону Ома. Однако при повышении напряженности поля электропроводность перестает следовать закону Ома. При дальнейшем повышении напряженности поля возможны два случая: в первом электропроводность быстро нарастает с ростом напряженности поля (рис. 26 а), а во втором - вначале наступает насыщение электропроводности, и лишь затем в сильных полях наблюдается ее резкий рост (рис. 26 б).
Первый случай наблюдается в загрязненных диэлектриках и чистых диэлектриках с ионной связью, в которых при увеличении напряженности поля происходит размножение заряженных частиц. Второй случай типичен для неионных диэлектриков высокой чистоты, в которых число заряженных частиц ограничено, что и вызывает насыщение электропроводности. В очень сильных полях происходит размножение ионов в результате перехода к пробою диэлектриков.
Рис.26. Зависимость электропроводности от напряженности поля для загрязненных диэлектриков и чистых диэлектриков с ионной связью (а) и неионных кристаллов высокой чистоты (б).
Электрическая прочность — характеристика диэлектрика, минимальная напряжённость электрического поля, при которой наступает электрический пробой. Все газы, а также все твёрдые и жидкие диэлектрики обладают конечной электрической прочностью.
Когда напряжённость электрического поля превышает электрическую прочность, диэлектрик начинает проводить электрический ток. Проводимость вызывается комбинацией ударной ионизации и туннельного просачивания; роль каждого из этих эффектов зависит от конкретного диэлектрика.
Изменение электропроводности происходит скачкообразно и часто приводит к разрушению диэлектрика вследствие перегрева.