Використання п'єзоефекту в техніці
Прямий п'єзоефект використовується:
· в пьезозажігалках, для отримання високої напруги на розряднику до іскрового пробою повітря;
· в датчиках у якості чутливого до сили елемента (чим більше сила, тим вище напруга на контактах), наприклад, в силовимірювальних датчиках і датчиках тиску рідин і газів;
· в якості чутливого елемента в мікрофонах, гідрофони, прийомних елементів сонарів;
· в контактному п'єзоелектричному детонатор (наприклад до пострілів РПГ-7).
Зворотний п'єзоелектричний ефект використовується:
· в пьезоізлучателем звуку в повітря (ефективні на високих частотах і мають невеликі габарити, такі наприклад встановлюються в музичні листівки, різні оповіщувачі, застосовувані в масі побутових пристроїв, від наручних годинників, до різної кухонній техніці), ультразвукових випромінювачах;
· в випромінювачах гідролокаторів ( Сонар);
· в системах надточного позиціонування, наприклад в системі позиціонування голки в скануючому тунельному мікроскопі або позіционер переміщення головки жорсткого диска [2];
· для подачі чорнила в струменевих принтерах, що друкують на сольвентних чорнилі і чорнилі з ультрафіолетовим затвердінням;
· в п'єзоелектричних двигунах;
· в адаптивної оптики, для вигину поверхні, що відбиває деформируемого дзеркала.
Прямий і зворотний ефект одночасно використовуються:
· в кварцових резонаторах, використовуваних як еталон частоти;
· в пьезотрансформаторах для зміни напруги високої частоти.
П'єзоелектричні властивості гірських порід
Деякі мінерали гірських порід володіють п'єзоелектричним властивістю за рахунок того, що електричні осі цих мінералів розташовані не хаотично, а орієнтовані переважно в одному напрямку, тому однойменні кінці електричних осей ("плюси" або "мінуси") групуються разом. Це наукове відкриття було зроблено в Інституті фізики Землі російськими вченими М. П. Волоровічем і Е. І. Пархоменко і занесено в Державний реєстр відкриттів СРСР під № 57 з пріоритетом від 1954 р.
На основі цього відкриття розроблений п'єзоелектричний метод геологічної розвідки кварцових, пегматитових і хрусталеносних жив, яким супроводжують золото, вольфрам, олово, флюорит і інші корисні копалини.
Енергія електричного поля. Енергія зарядженого конденсатора.
| Кількість годин: 2 год |
| ||
| Знання і навички, якими необхідно оволодіти: | |||
| Електроємність, конденсатор, електроємність конденсатора, робоча напруга конденсатора, енергія зарядженого конденсатора. | |||
| Завдання до самостійної роботи: 1. Законспектувати основні поняття. 2. Вміти розраховувати параметри послідовного, паралельного та комбінованого з’єднання конденсаторів у батареї. 3.Вміти виводити формулу енергії зарядженого конденсатора. | |||
| Форма контролю: | Усне фронтальне опитування (5-15хв), перевірка конспектів; розв’язання практичних задач на розрахунок ємності, енергії та робочої напруги батареї конденсаторів. | ||
|
| |||
Для того, щоб зарядити конденсатор, треба виконати роботу з розділення позитивних і негативних зарядів. Згідно із законом збереження енергії ця робота дорівнює енергії конденсатора. Розрахуємо її. Напруженість поля, створеного зарядом однієї з пластин, дорівнює E/2, де E - напруженість поля в конденсаторі. В однорідному полі однієї пластини знаходиться заряд q, розміщений по всій поверхні другої пластини. Згідно із формулою для потенціальної енергії енергія конденсатора:
,
де q - заряд конденсатора; d - відстань між пластинами; E - напруженість електричного поля. Оскільки
Ed = U, то 
. (4.1.13)
Замінивши у формулі (4.1.13) різницю потенціалів чи заряд за допомогою формул для електроємності конденсатора, отримуємо
. (4.1.14)
Підставимо у формулу (4.1.14) значення електроємності плоского конденсатора і напруги. Тоді енергія конденсатора дорівнюватиме:
. (4.1.15)
Поділивши (4.1.15) на об'єм Sd, що його займає поле, дістанемо енергію, яка припадає на одиницю об'єму, тобто густину енергії:
. (4.1.16)
Формула (4.1.16) справедлива не тільки для однорідного поля плоского конденсатора, а й для будь-якого іншого електростатичного поля. Одержаний вираз для густини енергії справедливий і для змінних електричних полів.
Енергія конденсаторів звичайно не дуже велика, зате вони здатні накопичувати її впродовж тривалого часу, а під час розрядження віддають її майже миттєво.
Електричний струм у металах
Метали у твердому стані мають кристалічну будову. Частинки в кристалах розташовані в певному порядку, утворюючи просторову (кристалічну) грати. Як вам вже відомо, в будь-якому металі частина валентних електронів покидає свої місця в атомі, в результаті чого атом перетворюється в позитивний іон. У вузлах кристалічної-вої решітки металу розташовані позитивні іони, а в просторі між ни-ми рухаються вільні електрони (електронний газ), тобто не пов'язані з ядрами своїх атомів.
Негативний заряд усіх вільних електронів за абсолютним значенням дорівнює позитивному заряду всіх іонів решітки. Тому в звичайних умовах метал електрично нейтральний.
Які ж електричні заряди рухаються під дією електричного поля в металевих провідниках? Ми можемо припустити, що під дією електричного поля рухаються вільні електрони. Але це наше припущення потребує доказів.
У 1899 р. К. Рікке на трамвайній підстанції у Штуттгарті включив в головний провід, що живить трамвайні лінії, послідовно один одному торцями три тісно притиснутих циліндра; два крайніх були мідними, а середній - алюмінієвим. Через ці циліндри більше року проходив електричний струм. Провівши ретельний аналіз того місця, де циліндри контактували, К. Рікке не виявив в міді атомів алюмінію, а в алюмінії - атомів міді, тобто дифузія не відбулася. Таким чином, він експериментально довів, що при проходженні по провідникові електричного струму іони не переміщаються. Слідчий-но, переміщуються одні лише вільні електрони, а вони у всіх речовин однакові.
Існування електронів провідності в металах було доведено вченими і в іншому досвіді. Якщо привести в швидке обертання дротяну котушку, а потім її різко зупинити, то в такому колі електровимірювальні прилади покаже наявність короткочасного струму, хоча в ланцюзі немає джерела струму. Це продовжували рухатися електрони провідності.
Отже, електричний струм у металевих провідниках є впорядкований рух вільних електронів, під дією електричного поля
Якщо в провіднику немає електричного поля, то електрони рухаються хаотично, аналогічно тому, як рухаються молекули газів або рідин. У кожний момент часу швидкості різних електронів відрізняються по модулях і за напрямками. Якщо ж у провіднику створено електричне поле, то електрони, зберігаючи своє хаотичний рух, починають зміщуватися у бік позитивного полюса джерела. Разом з безладним рухом електронів виникає і упорядкований їх перенесення - дрейф.
Швидкість упорядкованого руху електронів у провіднику під дією електричного поля невелика - кілька міліметрів в секунду, а іноді і ще менше. Але як тільки в провіднику виникає електричне поле, воно з величезною швидкістю, близькою до швидкості світла у вакуумі (300 000 км / с), поширюється по всій довжині провідника.
Одночасно з поширенням електричного поля всі електрони починають рухатися в одному напрямку по всій довжині провідника. Так, наприклад, при замиканні ланцюга електричної лампи в впорядкований рух приходять і електрони, наявні в спіралі лампи.
Зрозуміти це допоможе порівняння електричного струму з плином води у водопроводі, а поширення електричного поля - з поширенням тиску води. При підйомі води в водонапірну вежу дуже швидко по всій водопровідній системі поширюється тиск (напір) води. Коли ми відкриваємо кран, то вода вже знаходиться під тиском і починає текти. Але з крана тече та вода, яка була в ньому, а вода з башти дійде до крана багато пізніше, тому що рух води відбувається з меншою швидкістю, ніж поширеною-ня тиску.
Коли говорять про швидкість поширення електричного струму в провіднику, то мають на увазі швидкість розповсюдження по провіднику електричного поля.
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 291; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!