2.1.8. Пьезоэлектрлік эффект

Электр өрісінен тыс жағдайда, деформация әсерінен кристалды диэлектриктерде поляризация пайда болады. Механикалық әсердің нәтижесінен диэлектриктерде жүретін поляризация тура пьезоэлектрлік эффект дейміз. Пьезоэлектрлік эффект кваритасегнет тұздарында болады. Механикалық әсерден болған пьезоэффект тура деп аталады, ал электр өрісінен болған пьезоэффект кері деп аталады. Тура және кері пьзоэффект механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіру үшін қолданылады. Организмде пьзоэффект сүйек ұлпаларында деформация әсерінен болады. Пьезоэлектрлік құбылыс сондай-ақ сіңір мен теріде байқалады. Пьезоэлектрлік эффект ығысу деформациясында пайда болады. Тура пьзоэффект медицинада қан тамырларындағы қанның соғу жылдамдығын анықтауда қолданылады

Пьезоэлектрлік эффект негізінде жұмыс жасайтын айнымалы тоқ генераторы

Пьезоэлектрлік материалдарды қолдану өте кішкене айнымалы ток көзін тудыруға септігін тигізді. АҚШ-тың Джорджия штатының Технологиялық институтының қызметкерлері пьезоэлектрлік эффект негізінде жұмыс жасайтын, кішкене айнымалы ток генераторын жасап шығарды.

Бұл генераторлардың ерекшелігі, құрылысының қарапайымдылығы. Оның негізгі мырыш оксидінен жасалған жіңішке сымдар шоғыры. Ол сымдардың диаметрі 3-5 микрон, ал ұзындығы 0,3мм-ден аспайды. Сым полимерлі пленкаға престеліп, қорғағыш пластикалық капсулаға салынған. Екі шетінен капсуладан шығып тұратын күміс электродтар жалғанған.

Бұл жұмыс профессор Чжон Линь Ван жетекшілігімен жасалған. Мырыш оксиді қасиеті жағынан пьезоэлектриктер қатарына жатады. Пьезоэлектриктер деп механикалық деформация әсерінен, электрлік поляризацияға ұшырайтын материалдарды айтамыз. Ток алу үшін капсуланы периодты түрде бүгіп жазып тұрсақ жеткілікті. Бүгіп жазған кезде капсула ішіндегі сымдар шоғырының ұшында электр заряды пайда болады. Ванның генераторы 45-милливольт кернеудегі айнымалы токты тұрақты түрде өндіріп тұратын тәжірибелер көрсетті. Жасайтын деформацияның 7%-і электр энергиясына айналады.

Бір минигенератор қуаты бойынша өте аз ток өндіреді. Алайда мұндай құрылғыларды модульді батареяларға біріктіруге болады. Соның арқасында әлдеқайда көп ток өндіруге болады. Ван профессордың айтуынша пьезоэлектрлік миниэлектрстанциялар келешекте көптеген арнайы киімдерде қолданылатын болады, және адам жүрген кезде автоматты түрде электр тогын өндіретін болады.

2.1.9. Қатты органикалық материалдар.

Полимер деген сөздің өзі екі грек сөзінен құралған. Поли-много -көп, мерос-часть-бөлігі. Шындығында полимердің молекулалары өте көп мөлшердегі бөлшектен тұрады. Бұл сан мән ондаған. Жүздеген, мыңдаған молекулалардан тұратын мономер құрай ды. Моно-бұл грек тілінен шыққан «монос»-один-бір(жеке). Мономер-бұл химиялық реакцияға жеңіл жолмен кірісетін қарапайым химиялық активті заттар. Нәтижесінде үлкен молекулярлық салмағы бар жаңа полимер зат түзіледі. Полимер молекулаларындағы мономер молекуласы бір-бірімен химиялық байланыс нәтижесінде бір-біріменен өте төзімді күшпен байланысқан. Бұл айтылғандардың мынандай химиялық байланыспен түсіндіруге болады.

-А-А-А-А-А-А-А-

яғни осындай ұзынша бір тізбектің бойында сызықтық құрылыс бойынша ұзартылып жатады және осындай құрылыс уш бағытта да жатады. Осындай сызықты тізбекті молекулалы жоғары полимерлі материалдарды сызықты полимерлер деп атайды. Мұндай полимерлер майысқақтық (гипкостью), жылу нәтижесінде жұмсаратын қасиет те болады. Мысалы: (каучук т.б.) Ал молекулалары бір-бірінен кеңістікте орналасқан кеңістіктік полимерлердің мұндай қасиеттері болмайды. Сызықтық полимерлерге табиғи және синтетикалық каучуктар жатады, синтетикалық диэлектриктерге: полиэтилен, полистирол және т.б. Кеңістіктік полимерлерге синтетикалық смолалар: бакелит, глифтал т.б. Көп молекулалы полимерлердің химиялық реакциясын жазу бұл қиынға соғады. Сондықтан оны қысқартылған түрде былай көрсетуге болады.

-А-А-А-А-А-А-А—(А)_n

Бұл формуладағы n- бұл полимеризация дәрежесін көрсетеді. Реакция нәтижесінде жаңадан пайда болған зат, бірінші заттың қанша молекуласын қамтитындығын көрсетеді. Бірінші заттың молекулалар саны қаншалықты көп болса соншалықты оның молекулалық салмағы жоғары болады. Жоғары полимерлі заттар табиғи түрде және синтетикалық түрде бола алады. Оның табиғи түріне: янтарь, табиғи каучук т.б.,ал синтетикалық түріне: полистирол, полиэтилен, поливинилхлорид және т.б. Полимерлердің көп бөлігі бұл шыны тәріздес аморфты заттар болып табылады, сол себептен де оларды смола деп атайды. Полимерлердің кейбіреулері (фторопласт-4 және т.б.) кристалды структуралы болады, олар смолаларға жатпайды. Табиғи полимерлердің қасиеттерінің шектелуіне байланысты электротехникада синтетикалық (жоғары полимерлер) қолданылады. Бұлар полимеризации немесе поликонденсации реакциясы нәтижесінде алынады. Полимеризация дегеніміз бұл бірінші мономер молекулаларының жоғары полимерлі зат молекуласына қосу процесі. Поликонденсация-бірінші мономер молекулаларының жоғары полимерлі зат молекуласына қосу процесі, бірақ бұл жағдайда жанама екінші реттік заттар бөлінеді (су, қышқыл, газдар және т.б.) Ал полимеризация процесі кезінде заттың элементар құрамы өзгеріссіз қалады. Барлық жоғары полимерлі материалдардың қызу сипаттамасына қарай екі топқа бөлінеді: термореактивті және термопластикалық.

1. Термореактивті дегеніміз – дайын күйінде қызу барысында жұмсармайтын қасиеті де болады. Мұндай термореактивтің диэлектриктерге бакелитті смолалар және пластмастар (гетинакс, текстолит), глифталдар және басқа материалдар жатады.

2. Термопластикалық дегеніміз – бұл қызу барысында балқитын заттар. Барлық термопластикалық материалдар температураға байланысты жұмсақ одан әрі біртіндеп қою сұйыққа айналады. Термопластикалық материалдардың мұндай қасиетіне байланысты иілмелі бұйымдар (пленкалар, жіптер т.б.) дайындайды. Термопластикалық диэлектриктерге: полистирол, полиэтилен, поливинилхлорид және т.б.

Органикалық полимеризациялы диэлектриктер.

Мұндай заттарға: полистирол, полиэтилен, поливинилхлорид және т.б. Полистирол- қатты, мөлдір материал. Бұл жоғары электр оқшаулағыш, суға, қышқылға, сілтілерге төзімділік қасиеті бар. Полистирол мынандай параметрлермен сипатталады: тығыздығы 1,05 - 1,07г/см³; _р=450 – 650кгс/см²; а_n=6 – 12кгс см/см²; жылу төзімділігі 75 – 80⁰С; суды сіңіру мүмкіндігі 0,03; суыққа төзімділігі -60⁰С; меншікті көлемдік кедергісі _v=10¹⁵ – 10¹⁷ Ом см; диэлектрик өтімділігі =2,4 – 2,6; tg=0,0003 – 0,0005; Полистирол термопластикалық диэлектрик. 110-120⁰С та жұмсара бастайды, ал 300⁰С та өзінің бастиапқы күйіне яғни стиролға айналады.

Электр техникада жоғары полимерлі материалдарға мына түрлері кеңінен орын алған: резольные, новолочные, полиэфирные, эпокеидные смолалар. Резольды смола қыздыру барысында бұл өзінің соңғы стадиясында қыздыру барысында жұмсармайтын термореактивті зат. Резольды смола балқымайтын, ерімейтін үш (А, В, С) күй жағдайда болады. 1) Бастапқы жағдайда А (резол) смоласы пайда болады. 2) В-қыздыру барысында жұмсарады және еріткіштерде ериді. 3) Одан әрі қарай қыздыру барысында резольды смола В стадиясына өтеді. Бұл стадияда әлде болса да 95-100⁰ С арасында жұмсарады, бірақ еріткіштерде ерімейді. 3-ші бұл смоланы ары қарай қыздыру барысында С стадиясына көшеді. С стадиясында смола ерімейді де, жұмсармайды да. Себебі бұл жағдайда үш еселенген молекула күйіне жетеді. Смоланың мұндай қасиеті өндірістерде термореактивті пластмас, тексталит дайындауда қолданылады.

Смоланың бұл түрі химиялық реакцияның нәтижесінде фенол мен формальдегид қосылу нәтижесінде алады. Смоланың бұл түрі қою, ашық қоңыр түсте болады және ыдыстарға құйып белгілі бір формада алынады. Ал суытылған күйде қатты нәзік шытынайтын дене күйінде әрі спирт пен ацетонда ериді. Смоланың бұл түрінің электр оқшаулағыш қасиеті біріншіге қарағанда төменірек болады.

Глифталды смола полиэфирлі смола тобына жатады, себебі бұл көп атомды спирттен (гликоль, глицерин және т.б.) және органикалық қышқылдардан дайындалады.

Эпоксидті смола, смоланың бұл түрі де электртехникада қолданылады. Эпоксидті смола сарғыш немесе қоңыр түске боялған сироп тәрізді сұйық күйінде болады. Мұндай сұйық смола үлкен молекулалық салмақта (1000-нан жоғары) қатты зат күйінде кездеседі. Смоланың бұл түрі де хлорланған глицеринді резорцин немесе дианомның өзара реакция нәтижесінде алынады.