Туризм, путешествия: Бронирование отелей

Туризм, путешествия: Бронирование отелей

 

Сервис для выполнения любых видов студенческих работ

Сервис для выполнения любых видов студенческих работ

Биржа студенческих   работ. Контрольные, курсовые, рефераты.

Биржа студенческих
работ. Контрольные, курсовые, рефераты.

Студенческий файлообменник

Студенческий файлообменник

Выполнение 
работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Выполнение работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Занимайтесь онлайн 
        с опытными репетиторами

Занимайтесь онлайн
с опытными репетиторами

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Готовые шпаргалки, шпоры

Готовые шпаргалки, шпоры

Отчет по практике

Отчет по практике

Приглашаем авторов для работы

Авторам заработок

Решение задач

Закажите реферат

Закажите реферат

Рефераты, контрольные, курсовые и дипломные работы на заказ
Лабораторные работы по электротехнике Изучение работы полупроводниковых выпрямителей Изучение кенотронного выпрямителя Изучение колебательного контура Изучение цепи переменного тока Постоянный электрический ток

Лабораторные работы по электротехнике. Конспект курса лекций

Пьезоэлектрический эффект.

 При деформации некоторых кристаллических, не имеющих центра симметрии, полярных диэлектриков (включая все сегнетоэлектрики) была обнаружена электрическая поляризация. Это явление было открыто и первоначально изучено братьями П. и Ж.Кюри в 1880 г., и получило название пьезоэлектрического эффекта. Наиболее подробно этот эффект изучен у кристаллов кварца, турмалина, сахара, сегнетовой соли, борацита и др.

 Рассмотрим пьезоэлектрические свойства кристалла кварца. Главная ось кристалла Z (рис.1.22 а) называется оптической осью. Из кристалла вырезается пластинка в виде прямоугольного параллелепипеда, у которого ребро b (высота) - параллельна Z, ребра l (длина) и d (толщина) - параллельны осям x и y.

Подпись:  Рис.1.22. Пьезоэлектрический эффект на пластине кварца:
а) оси кристалла, 
б) поляризация пластины при сжатии и растяжении.
  Сжатие вдоль оси x вызывает появление разноименных электрических зарядов на обеих гранях перпендикулярных y. Это продольный прямой пьезоэлектрический эффект. Растяжение вдоль оси x приводит к тому же результату, но называется этот эффект поперечным прямым пьезоэлектрическим эффектом.

 На рисунке 1.22 б представлен срез нашей пластинки в направлении, перпендикулярном Z. Сплошными стрелками обозначено сжатие пластины (опыт 1), пунктирными - растяжение (опыт 2). В обоих случаях на гранях, параллельных Z и x и перпендикулярных y, образуются заряды разных знаков, как указано на рисунке 1.22 б. Если сжатие и растяжение поменять местами, то и знаки электрических зарядов на указанных гранях изменятся на противоположные.

Сжатие или растяжение вдоль оси Z не вызывает пьезоэлектрического эффекта. Объяснение эффекта заключается в том, что под действием упругой деформации молекулярные диполи  могут определенным образом поворачиваться и на противоположных гранях пластинки появляются связанные заряды противоположных знаков. Следовательно, пластинка поляризуется. Величина вектора поляризации пропорциональна механическому напряжению, а общая величина появляющихся при этом поверхностных зарядов пропорциональна приложенной силе.

 В подобных кристаллах наблюдается и обратный пьезоэлектрический эффект. Если к пластине из пьезокристалла приложить внешнюю разность потенциалов, то, вследствие ориентации диполей, будет возникать деформация сжатия или растяжения. Пусть электрическое поле направлено по оси x, тогда пластинка в этом направлении будет испытывать растяжение (продольный обратный пьезоэлектрический эффект), и одновременно - сжатие по оси y (поперечный обратный пьезоэлектрический эффект).

  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 - подводных лодок, айсбергов и т.п. Для измерения давления часто используются датчики давления на основе пьезоэлектрического эффекта. Преимуществом его перед другими типами манометров является очень малая инерционность, весьма широкий диапазон измеряемых давлений, способность регистрировать быстрые изменения давления.

 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.

Проводники в электростатическом поле

 Проводником называют вещества, содержащие свободные заряженные частицы, которые могут упорядоченно двигаться под действием электрического поля. Типичным примером проводника является любой металл, где электроны свободно перемещаются между узлами кристаллической решетки. Поместим незаряженный металл в однородное электростатическое поле . Под влиянием поля свободные электроны проводника начнут перемещаться против поля (рис.1.23). В результате в данном случае левая часть проводника зарядится отрицательно, а правая, на которой окажется недостаток электронов - положительно. Это явление называется электростатической индукцией. Индуцированные заряды создадут внутри проводника свое поле , направленное противоположно Подпись:  
Рис. 1.23. Проводник во внешнем электрическом поле Е0.

внешнему . Перераспределение зарядов в проводнике будет происходить до тех пор, пока поле  не скомпенсирует . При этом суммарная напряженность поля  внутри проводника станет равной нулю и движение зарядов прекратится. Так как внутри проводника , то . Это означает, что все точки внутри проводника имеют одинаковый потенциал, т.е. проводник является эквипотенциальным телом.

  На поверхности проводника напряженность поля перпендикулярна к ней, т.е. , где  - нормальная (т.е. перпендикулярная к поверхности) составляющая напряженности. При этом - тангенциальная (касательная к поверхности) составляющая напряженности равна нулю, так как в противном случае свободные электроны продолжали бы перемещаться на поверхности под действием , а этого не происходит. Т.е. , где dl - элемент длины поверхности проводника. Отсюда , т.е. поверхность проводника тоже эквипотенциальна. Таким образом внутри проводника  и  на его поверхности, т.е. имеется разрыв непрерывности  на поверхности проводника, что объясняется наличием поверхностной плотности заряда s.  Введение незаряженного проводника в однородное электростатическое поле искажает его: вблизи проводника оно становится неоднородным.

 Если проводник заряжен, то сообщенные ему заряды будут удаляться друг от друга под действием кулоновских сил отталкивания и распределяться только на поверхности проводника. Внутри проводника не скомпенсированных зарядов не будет. Проведем внутри проводника произвольную замкнутую поверхность S. По теореме Гаусса следует . Так как Е внутри проводника нет, то  и .

Рис.1.24. К определению напряженности поля Е вблизи поверхности заряженного проводника.

Свойство зарядов размещаться только на внешней поверхности проводника используется для электростатической защиты (экранирования) тел, измерительных приборов от внешних электростатических полей. Электростатическое экранирование применяется для устранения влияния электрических полей одних электрических цепей на другие. Впервые электростатический экран был сконструирован Фарадеем (клетка Фарадея). Экраном служила замкнутая проволочная сетка, внутри которой помещался наблюдатель с приборами, посредством которых и удалось доказать независимость внутреннего пространства от внешних электростатических полей. Материал, густота и толщина сетки не играют особой роли. На этом принципе основана защита от молнии особенно взрывоопасных объектов, например, пороховых складов. Крыша и стены таких складов покрываются металлической сеткой, которая должна быть заземлена.

  Определим напряженность поля вблизи заряженного проводника. Для этого выделим на его поверхности S малую площадку dS и построим не ней цилиндр с образующей l перпендикулярной поверхности и основаниями равными dS (рис.1.24). Поток напряженности электрического поля через боковую поверхность цилиндра равен нулю, так как  параллельна l. Поток  через нижнее основание тоже равен нулю, так как внутри проводника поля нет. Таким образом, поток  через верхнее основание цилиндра и есть суммарный поток через всю цилиндрическую поверхность. Применяя теорему Гаусса, получим , , где s - поверхностная плотность смещенных зарядов. Смещенные индуцированные заряды появляются на поверхности проводника, вследствие их перемещения под действием электрического поля. Из полученной формулы можно сделать следующий вывод: напряженность поля вблизи поверхности заряженного проводника определяется поверхностной плотностью зарядов, находящихся на нем.

Если проводник находится в среде с диэлектрической проницаемостью e, то . Так как , то D = s. Следовательно, электростатическое смещение (или индукция) численно равно поверхностной плотности смещенных зарядов на поверхности проводника. Поэтому вектор  и назвали вектором электрического смещения.

Распределение зарядов на поверхности проводника, т.е. величина s, зависит только от его формы. Наибольшая плотность заряда (в силу отталкивания одноименных зарядов) оказывается на наиболее выпуклых местах поверхности - на ребрах и остриях. Вблизи этих мест напряженность поля Е максимальна.

Вектор поляризации и диэлектрическая восприимчивость диэлектриков

Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике Из предыдущего раздела следует, что напряженность поля Е при переходе из вакуума в диэлектрик изменяется скачкообразно.

Электрическая емкость уединенного проводника Уединенным называется проводник, вблизи которого нет других заряженных тел, диэлектриков, которые могли бы повлиять на распределение зарядов данного проводника.

Энергия заряженного уединенного проводника, конденсатора. Энергия электростатического поля 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)


Изучение электронного осциллографа