к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Пироэлектрики

Пироэлектрики - кристаллич. диэлектрики ,на поверхности к-рых при изменении температуры Т возникают электрич. заряды. Появление электрич. зарядов связано с изменением спонтанной поляризации.
Историческая справка. В нач. 18 в. в Европу были завезены кристаллы турмалина ("цейлонский магнит"), обладающие свойством при нагревании оказывать силовое воздействие на частицы пепла. Ф. У. Т. Эпинус (F. U. Th. Aepinus, 1756) установил причину - образование на концах нагретого кристалла зарядов противоположного знака. Термин "пироэлектричество" был введён Д. Брюстером (D. Brewster, 1824). Кельвин (W. Thomson, Lord Kelvin) связал пироэлектрич. эффект с изменением электрич. поляризации при изменении Т. Аккерманн (W. Ackermann, 1915) исследовал пироэлектрический эффект в ряде кристаллов в широком интервале Т и обнаружил тенденцию к убыванию пироэлектрич. эффекта при понижении Т. Первая микроскопич. теория создана С. А. Богуславским (1915). В дальнейшем было установлено, что у сегнетоэлектриков величина эффекта весьма велика вблизи точки фазового перехода.

Спонтанная поляризация Р0 может существовать только при достаточно низкой симметрии кристалла. Иметь зависящую от Т спонтанную поляризацию, т. е. быть П., могут лишь кристаллы, в к-рых есть полярное направление, не изменяющееся при всех преобразованиях симметрии (полярные диэлектрики): вдоль этого направления располагается вектор Р0. Таким полярным направлением обладают кристаллы 10 точечных групп симметрии: 1, 2, 3, 4, 6, т, тт2, Зт, 4тт, 6тт (рис. 1). В группах 1 и т бесконечно много таких направлений и направление Р0 не предопределено. В остальных группах это оси симметрии.

15047-14.jpg

Рис. 1. Возможные точечные группы симметрии пирозлектриков, показаны оси симметрии кристаллов.

Спонтанная поляризация проявляется в виде связанного заряда в тех местах кристалла, где Р0 зависит от координат:

15047-15.jpg

15047-16.jpg - объёмная плотность связанного заряда. Т. о., на поверхности П. возникает связанный поверхностный заряд, плотность к-рого равна нормальной компоненте Р0. При этом внутри кристалла и вне его возникает электрич. поле Е0. В бесконечной пластине, вырезанной перпендикулярно Р0,

15047-17.jpg

В общем случае поле Е0и полная энергия П. зависят от его формы.
В реальном П. поле Е0внутри и вне его равно 0 (хотя Р0 сохраняется). Причина - электропроводность - свободные заряды, перемещаясь к поверхностям, нейтрализуют связанный заряд. Поэтому пироэлектрич. свойства можно наблюдать только при достаточно быстром изменении температуры кристалла.
Свойства П. Ур-ние, связывающее изменение Р0 и Т, имеет вид:15047-18.jpg где15047-19.jpg - пироэлектрич. коэф., к-рые можно рассматривать как компоненты вектора15047-20.jpg
В П. всех классов симметрии, кроме 1 и т, вектор15047-21.jpg направлен вдоль оси симметрии, к-рая является одной из координатных осей (z), т. е.15047-22.jpg В группе т вектор15047-23.jpg лежит в плоскости симметрии:15047-24.jpg В группе 1 направление15047-25.jpgпроизвольно относительно
координатных осей:15047-26.jpg
Пироэлектрич. коэф.15047-27.jpg зависит от механич. условий: образец может быть "свободен" (механич. напряжение отсутствует) либо "зажат", когда внешние механич. напряжения15047-28.jpgобеспечивают отсутствие механич. деформаций uij, возникающих за счёт теплового расширения при изменении Т. При одноврем. изменении Т, Е термодинамич. потенциал Ф кристалла (при пост. механич. напряжении) изменяется на величину

15047-29.jpg

где S - энтропия кристалла. Т. к. Рi= - (дф/дЕ)Т, S = - (дФ/дТ)Еi, д2Ф/дТдEi = д2Ф/дЕiдТ, то

15047-30.jpg

Т. о., пироэлектрич. коэф. определяет и изменение энтропии кристалла под действием электрич. поля:

15047-31.jpg

Это означает, что темп-pa П., находящегося в состоянии адиабатич. изоляции, при наложении электрич. поля вдоль полярной оси изменится на величину

15047-32.jpg

где С - теплоёмкость кристалла при постоянных механич. напряжении и электрич. поле (электрокалорический эффект). Изменение Т для линейных П. с15047-33.jpg = 10-4 Кл/м2 х К и С = 103 Дж/кг х К в полях Е ~ 106 В/м имеет порядок 10-4 К, в сегнетоэлектриках 1-10-2К.
Все П. являются пъезоэлектриками, поэтому изменение температуры "свободного" кристалла, приводящее к его тепловому расширению или сжатию (деформации), вызовет добавочную электрич. поляризацию:

15047-34.jpg

Здесь eijk - тензор 3-го ранга пьезоэлектрич. модулей, ajk - компоненты тензора коэф. теплового расширения, а суммарная поляризация

15047-35.jpg

Здесь15047-36.jpg - коэф. "первичного",15047-37.jpg - "вторичного" пироэлектрич. эффекта. Для разл. кристаллов соотношение между15047-38.jpg и15047-39.jpg варьируется в широких пределах: вторичный эффект может превышать первичный, иметь др. знак и т. д. "Третичный" пироэлектрич. эффект связывают с изменением Р в неоднородно нагретом пьезоэлектрике.
Микроскопическая теория П., позволяющая выяснить природу пироэлектрич. эффекта и описать свойства П., основана на рассмотрении ангармонизма колебаний кристаллической решётки. Температурная зависимость пироэлектрич. коэф. в области низких температур удовлетворительно описывается соотношением

15047-40.jpg

Здесь15047-41.jpg15047-42.jpg - характеристич. температуры Дебая и Эйнштейна, D и Э - функции Дебая и Эйнштейна,15047-43.jpg15047-44.jpg - постоянные коэф. (см. Дебая температура, Эйнштейна температура].
Экспериментальные методы. Для измерения15047-45.jpg необходимо определить величину заряда, возникающего на поверхности кристалла определённой ориентации и формы при изменении Т. Для этого обычно используются плоскопараллельные пластинки, вырезанные перпендикулярно полярной оси кристалла. Большие поверхности образца покрываются проводящими электродами. Изменение ср. температуры кристалла на величину15047-46.jpg приводит к появлению на электродах связанного заряда15047-47.jpg(S - площадь электродов) и разности потенциалов15047-48.jpg(С - ёмкость образца).
Для измерения заряда конденсатор К с образцом помещается в термостат (рис. 2), темп-pa к-рого может изменяться. При появлении пироэлектрич. заряда потенциал точки А изменяется, заряд может быть измерен электрометром Э.

15047-49.jpg

Рис. 2. Статический метод определения пироэлектрического коэффициента.

Обычно электрометр используют в качестве нуль-индикатора и определяется заряд противоположного знака, по величине равный пироэлектрическому (компенсац. схема, состоящая из батареи Б, потенциометра П и ёмкости С, переключателя Пр, служит для изменения знака заряда конденсатора). Заряд на конденсаторе Q подбирается так, чтобы потенциал точки А был равен 0. В этом случае Q =15047-50.jpgQпиро. В др. методе измеряется пироэлектрич. ток I, протекающий между обкладками конденсатора по внеш. цепи при непрерывном изменении Т образца (рис. 3). При заданной скорости изменения темпры dT/dt величина15047-51.jpg определяется при Ri15047-52.jpg Re:

15047-53.jpg
15047-54.jpg

Рис. 3. Измерение пироэлектрического коэффициента в "токовом" режиме.

Пироэлектрические материалы и их практическое применение. Типичными П. являются турмалин, Li24 х H2О. Среди П. особое место занимают сегнето-электрики, в к-рых температурная область полярной фазы ограничена: при повышении Т спонтанная поляризация уменьшается и исчезает в точке фазового перехода Тк. Вблизи Тк

15047-55.jpg

и может достигать бесконечно больших значений.
Для практич. целей важны П., в к-рых15047-56.jpg сохраняет высокие значения в достаточно широком интервале Т. Ряд сегнетоэлектриков удовлетворяет этому условию; осн. препятствие их применения - деполяризация из-за разбиения кристаллов на домены. Используются разл. способы сохранения в кристаллах монодоменного состояния: введение в растущий кристалл примесей,15047-57.jpg-облучение в электрич. поле; для кристаллов с высокими Тк - охлаждение при переходе через Тк в электрич. поле. При введении примесей и облучении в сегнетоэлектриках возникают внутр. поля, достигающие 106 В/м. Помимо стабилизации монодоменного состояния эти поля приводят к "размытию" фазового перехода, причём область Т, где имеет аномально высокие значения, расширяется. Пироэлектрнч. свойствами обладают керамич. сегнетоэлектрики, поляризованные электрич. полем, а также нек-рые полимеры (табл.).

Пироэлектрические свойства некоторых материалов при Т=300 К
Турмалин Li2SO4 х H2O
15047-58.jpg 10-8Кл х см-2К-1
0,04 0,8
15047-59.jpg
2,5 2,1 0,4 0,5
15047-60.jpg
0,615047-61.jpg5,0

3,5 - 17 2,3

15047-62.jpg
0,3 0,01

П. используются как термоэлектрич. преобразователи. Основой является нироэлектрич. пластина с металлич. электродами, нанесёнными на срез, перпендикулярный полярной оси. На входе - поток лучистой энергии, изменяющий температуру П., на выходе - электрич. заряд или напряжение. Преимущества пироэлектрич. преобразователей - широкий диапазон частот детектируемых излучений, высокая чувствительность, быстродействие, способность к работе при Т~300 К. Пироэлектрич. приёмники применяются как детекторы ИК-излучения малой мощности; детекторы формы и мощности коротких (10-5 - 10-11 с) импульсов излучения; чувствит. датчики в спектро- и радиометрии; пирометры.

15047-63.jpg

Рис. 4. Схема пироэлектрического видикона: 1 - пироэлектрическая мишень; 2 - электронный луч; 3 - катод; 4 - ускоряющий анод;5 - окно; 6 - сетка-коллектор; 7 - фокусирующие и отклоняющие катушки.

Особенно перспективно их применение для индикации пространственного распределения излучений, в т. ч. в системах визуализации ИК-изображений. Созданы пироэлектрич. видиконы - тепловые передающие телевизионные трубки с пироэлектрич. мишенью (рис. 4). С внеш. стороны через окно 5 на мишень 1 в виде тонкой (10 - 100 мкм) пироэлектрич. пластины (диам. 1815047-64.jpg20мм) проецируется изображение объекта; внутр. сторона обращена к считывающему электронному лучу 2. Изображение объекта создаёт на мишени температурный и соответствующий ему зарядовый и потенциальный рельеф. Этот рельеф модулирует ток, протекающий в цепи нагрузочного сопротивления при сканировании мишени электронным лучом. Создаваемое током напряжение управляет яркостью луча, воспроизводящего изображение на телевизионном мониторе.

Литература по пироэлектрикам

  1. Най Дж., Физические свойства кристаллов, пер. с англ., 2 изд., М., 1967;
  2. Желудев И. С., Физика кристаллических диэлектриков, М., 1968;
  3. Новик В. К., Гаврилова Н. Д., Фельдман Н. Б., Пироэлектрические преобразователи, М., 1979;
  4. Кременчугский Л. С., Ройцина О. В., Пироэлектрические приемные устройства, К., 1982.

Б. А. Струков

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм ложен в своей основе. Он противоречит фактам. Среди них такие:

1. Электромагнитная волна (в религиозной терминологии релятивизма - "свет") имеет строго постоянную скорость 300 тыс.км/с, абсурдно не отсчитываемую ни от чего. Реально ЭМ-волны имеют разную скорость в веществе (например, ~200 тыс км/с в стекле и ~3 млн. км/с в поверхностных слоях металлов, разную скорость в эфире (см. статью "Температура эфира и красные смещения"), разную скорость для разных частот (см. статью "О скорости ЭМ-волн")

2. В релятивизме "свет" есть мифическое явление само по себе, а не физическая волна, являющаяся волнением определенной физической среды. Релятивистский "свет" - это волнение ничего в ничем. У него нет среды-носителя колебаний.

3. В релятивизме возможны манипуляции со временем (замедление), поэтому там нарушаются основополагающие для любой науки принцип причинности и принцип строгой логичности. В релятивизме при скорости света время останавливается (поэтому в нем абсурдно говорить о частоте фотона). В релятивизме возможны такие насилия над разумом, как утверждение о взаимном превышении возраста близнецов, движущихся с субсветовой скоростью, и прочие издевательства над логикой, присущие любой религии.

4. В гравитационном релятивизме (ОТО) вопреки наблюдаемым фактам утверждается об угловом отклонении ЭМ-волн в пустом пространстве под действием гравитации. Однако астрономам известно, что свет от затменных двойных звезд не подвержен такому отклонению, а те "подтверждающие теорию Эйнштейна факты", которые якобы наблюдались А. Эддингтоном в 1919 году в отношении Солнца, являются фальсификацией. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution