Электрострикция (ср. Магнитострикция ) - это свойство всех электрических непроводников или диэлектриков , которое заставляет их изменять свою форму под действием электрического поля .
Объяснение [ править ]
Электрострикция является свойством всех диэлектрических материалов и вызывается смещением ионов в кристаллической решетке при воздействии внешнего электрического поля. Положительные ионы будут смещаться в направлении поля, а отрицательные ионы - в противоположном направлении. Это смещение будет накапливаться в объеме материала и приведет к общей деформации (удлинению) в направлении поля. Толщина будет уменьшаться в ортогональных направлениях, характеризуемых коэффициентом Пуассона . Все изоляционные материалы, состоящие из более чем одного типа атомов, будут в некоторой степени ионными из-за разницы в электроотрицательности атомов и, следовательно, проявлять электрострикцию.
Результирующая деформация (отношение деформации к исходному размеру) пропорциональна квадрату поляризации . Реверс электрического поля не меняет направление деформации.
Более формально, коэффициент электрострикции представляет собой тензор четвертого ранга ( ), связывающий тензор деформации второго порядка ( ) и плотность электрической поляризации первого порядка ( ).
Связанный с этим пьезоэлектрический эффект возникает только в определенном классе диэлектриков. Электрострикция применяется ко всем симметриям кристаллов, в то время как пьезоэлектрический эффект применяется только к 20 точечным пьезоэлектрическим группам . Электрострикция - это квадратичный эффект, в отличие от пьезоэлектричества, который является линейным эффектом.
Материалы [ править ]
Хотя все диэлектрики обладают некоторой электрострикцией, определенная керамика, известная как релаксорные сегнетоэлектрики , имеет чрезвычайно высокие электрострикционные постоянные. Чаще всего используются
- ниобат свинца-магния (PMN)
- свинец, ниобат магния-титанат свинца (PMN-PT)
- цирконат титанат лантана свинца (PLZT)
Масштаб эффекта [ править ]
Электрострикция может вызвать деформацию 0,1% при напряженности поля 2 миллиона вольт на метр (2 МВ / м) для материала под названием PMN-15 (веб-сайт TRS указан в ссылках ниже). Эффект оказывается квадратичным при низкой напряженности поля (до 0,3 МВ / м) и примерно линейным после этого, вплоть до максимальной напряженности поля 4 МВ / м [ необходима цитата ] . Следовательно, устройства, изготовленные из таких материалов, обычно работают при напряжении смещения, чтобы вести себя почти линейно. Это, вероятно, вызовет деформации, которые приведут к изменению электрического заряда, но это не подтверждено.
Приложения [ править ]
- Гидроакустические прожекторы для подводных лодок и надводных судов
- Приводы для малых перемещений
См. Также [ править ]
Ссылки [ править ]
- «Электрострикция». Британская энциклопедия.
- Мини-словарь физики (1988) Oxford University Press
- «Электрострикционные материалы» от TRS Technologies
- «Электронные материалы» профессора доктора Хельмута Фёлля
Внешние ссылки [ править ]
