Взаимодействие вещества и полей. Поведение веществ в электрических полях. Диэлектрики и пьезоэлектрики и их применение

Взаимодействие  вещества и полей. Поведение веществ в электрических полях. Диэлектрики и пьезоэлектрики и их применение

 Всякое  вещество, помешенной в магнитное  и электрическое поле испытывает воздействие со стороны этого  поля. Это воздействие для разных веществ различно, соответственно различна и реакция веществ на поле.

 Диэлектрики - это вещества, не проводящие электрического тока. Молекулы диэлектрика эквивалентны электрическим диполям.

 В отсутствие внешнего электрического поля электрические  моменты диполей диэлектрика, не являющегося сегнетоэлектриком, расположены  хаотично, и их результирующий момент равен нулю. Во внешнем же электрическом  поле диэлектрики поляризуются, т.е. переходят в состояние, когда  дипольные моменты молекул отличны  от нуля. В таком состоянии диэлектрики  называются поляризованными.

 Различают:

 - ориентационную поляризацию, которая состоит в повороте осей жестких диполей молекул полярного диэлектрика вдоль направления электрического поля;

 - электронную поляризацию диэлектрика с неполярными молекулами, состоящую в возникновении у каждой молекулы индуцированного электрического момента и осуществляющуюся в жидкостях и газах;

 - ионную поляризацию в кристаллических диэлектриках, например, в Nа-Сl, имеющих ионные кристаллические решетки, состоящую в смешении положительных ионов решетки вдоль поля, а отрицательных - в противоположную сторону.

 В результате образуются в противоположных направлениях как бы дополнительные (поляризационные) заряды, создающие внутри диэлектрика  дополнительное поле, направленное против внешнего поля.  

 Диэлектрики широко используются в конденсаторах. Поскольку емкость конденсатора равна:

 C = ee₀S/d

 где S - площадь пластин, а d - расстояние между ними, то емкость конденсатора будет тем больше, чем больше диэлектрическая проницаемость диэлектрика, расположенного между пластинами.

 Пьезоэлектриками называется группа кристаллических диэлектриков, у которых в отсутствие внешнего электрического поля при механических деформациях в определенных направлениях на гранях кристаллов возникают электрические заряды противоположных знаков. Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в изменении линейных размеров под действием электрического поля. Пьезоэлектрическим эффектом обладают кварц, турмалин и ряд других веществ. Широко используются искусственные пьезоэлектрики на керамиках - титанат бария и цирконат титанат свинца (ЦТС). Эффект широко используется в радиотехнике в генераторах высоких частот высокой стабильности и точности, в которых кварцевые или керамические пластины с металлизированными обкладками используются в качестве стабилизаторов частоты. Прямой пьезоэффект используется в пьезозажигалках, в звукоснимателях электропроигрывателей грампластинок, в эхолокаторах и во взрывателях. Обратный пьезоэффект используется а излучателях ультразвука или звуку. Ультразвук широко используется в медицине, в морской технике и в промышленности.