Вопрос №7. Пьезоэлектрический эффект (от греч. Piezo — давлю).

В 1880 г. братьями Пьером и Жаком Кюри были проведены опыты, которые показали, что при сжатии или растяжении некоторых кристаллов (кварц, сахар, сегнетова соль, цинковая обманка и др.) возника­ют поверхностные заряды, подобные поляризационным. Они создают электрическое поле, напряженность Е которого зависит от давления р (Е~р), т.е. механического на­пряжения. Прямой пьезоэлектрический эффект используется для измерения механи­ческих напряжений, возникающих в деформированных материалах (пъезодатчики).

Обратный эффект: при помещении кварцевой пластинки в однород­ное электрическое поле она деформируется. В случае переменного электрического поля грани пластинки вибрируют, следовательно, они являются источником звуковых волн. Об­ратный пьезоэлектрический эффект исполь­зуется при создании пьезоэлектрических ге­нераторов ультразвука.

При внесении диэлектриков во внешнее неодно­родное электрическое поле изменяются фор­ма и объем образца (деформация). Это явле­ние называется электрострикцией (от элек­тро – и лат. strictio — стягивание, сжимание).

Пьезоэффект пропорционален напряженности Е, а электрострикция пропорциональна Е².

Вопрос №8. Условия на границе двух диэлектриков для векторов d и е

С помощью урав­нения, приведенного ниже, для циркуляции вектора Е и теоремы Гаусса для вектора смещения получим условия, устанавливающие взаимосвязь между ха­рактеристиками электростатического поля на границе двух диэлектриков (рис. 5).

, ,

где штрих q_i указывает на то, что суммирование проводится только по зарядам, которые попали внутрь замкнутой поверхности.

Рис. 5

Применим теорему о циркуляции напряженности Е по замкнутому контору L (рис. 5, а), который вытянут вдоль границы раздела диэлектриков, получим:

Далее запишем теорему Гаусса для замкнутой поверхности S в виде коротко­го цилиндра с основанием ΔS* (рис. 5, б). При неограниченном уменьшении обра­зующих цилиндра поток вектора электрического смещения D через замкнутую поверх­ность S будет определяться только потоком через верхнее и нижнее основания цилиндра. В результате при отсутствии свободных зарядов на границе диэлектриков получим

Т

(1.14)

аким образом, на границе двух диэлектриков выполняются два соотношения:

Заметим, что при наличии свободных зарядов на границе раздела D_2n – D_1n =σ, (σ — поверхностная плотность этих зарядов). Равенство нормальных составляющих вектора D означает, что силовые линии электрического смещения преломляются на границе двух диэлектриков без изменения числа линий ΔN, пронизывающих площад­ки ΔS1 и ΔS2 (рис.5, в).

Используя граничные условия (1.4) для векторов Е и D, получим закон прелом­ления линий вектора D (см. рис. 5, в):

(1.15)

Литература:

1. И.И. Наркевич, Э.И. Волмянский, С.И.Лобко. Физика. – Мн.: 0.0.0. «Новое знание», 2004.

2. А.Н. Ремизов. Курс физики, Электроники и кибернетики. – М.: Высшая ШК., 1982.

3. П.С. Кудрявцев. Курс истории физики. – М.: Просвещение, 1974.

1 P. Клаузиус(1822 -1888) – немецкий физик, О.Моссоти (1791 – 1863) – итальянский физик

11