Aktualności

Jesteś tutaj: Dom / Aktualności / Podstawy ceramiki piezoelektrycznej / Polaryzacja piezoelektrycznego dielektryka ceramicznego

Polaryzacja piezoelektrycznego dielektryka ceramicznego

Wyświetlenia: 16 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 2018-09-15 Pochodzenie: Strona

Pytać się

Kryształy ceramiki piezoelektrycznej są zarówno dielektrykami, jak i dielektrykami anizotropowymi, więc właściwości dielektryczne kryształów piezoelektrycznych różnią się od właściwości dielektryków izotropowych. Dielektryk jest spolaryzowany pod działaniem pola elektrycznego, a stan polaryzacji to stan, w którym pole elektryczne wywiera względną siłę przemieszczenia na punkt ładowania dielektryka i tymczasową równowagę wzajemnego przyciągania między ładunkami. Pole elektryczne jest zewnętrzną przyczyną polaryzacji. Wewnętrzna przyczyna polaryzacji leży we wnętrzu ośrodka. W przypadku mikroskopijnych procesów zachodzących wewnątrz ośrodka istnieją trzy główne mechanizmy polaryzacji.

(1) Atom lub jon stanowiący dielektryk. Pod działaniem pola elektrycznego dodatnio naładowane jądro nie pokrywa się z ujemnym środkiem elektronu powłoki, wytwarzając w ten sposób elektryczny moment dipolowy. Polaryzacja ta nazywana jest polaryzacją z przesunięciem elektronów.

(2) Jony dodatnie i ujemne tworzące dielektryki ulegają względnemu przemieszczeniu pod wpływem pola elektrycznego, w wyniku czego powstaje elektryczny moment dipolowy zwany polaryzacją przemieszczenia jonów.

(3) Cząsteczki tworzące dielektryk są cząsteczkami polarnymi o pewnym wewnętrznym momencie elektrycznym, ale z powodu ruchu termicznego orientacja jest nieuporządkowana, a całkowity moment elektryczny całego dielektryka wynosi zero. Kiedy działa zewnętrzne pole elektryczne, te elektryczne momenty dipolowe zostaną wyrównane wzdłuż pola zewnętrznego,ultradźwiękowy kryształ piezoelektryczny wytwarza makroskopowy elektryczny moment dipolowy w dielektryku, który nazywany jest polaryzacją orientacji.

Polaryzacja przemieszczenia nieskończonej cząsteczki

Kiedy dielektryk bezelektrodowy znajduje się w zewnętrznym polu elektrycznym pod działaniem siły pola elektrycznego, dodatnie i ujemne centra ładunku cząsteczki powodują względne przemieszczenia, tworząc dipol elektryczny, a ich równoważne elektryczne momenty dipolowe P są zorientowane wzdłuż kierunku pola elektrycznego. W przypadku dielektryka piezoelektrycznego jako całości, ponieważ każda cząsteczka dielektryka tworzy dipole elektryczne, są one rozmieszczone w dielektryku. Ładunki dodatnie i ujemne sąsiednich dipoli elektrycznych w dielektryku są blisko siebie. Jeśli dielektryk jest jednorodny, pozostaje w nim obojętny elektrycznie, ale na powierzchni dielektryka, która jest prostopadła do zewnętrznego natężenia pola elektrycznego E0. Będą odpowiednio ładunki dodatnie i ujemne, które nie mogą opuścić dielektryka i nie mogą swobodnie poruszać się w dielektryku. To zjawisko polaryzacji ładunków w dielektryku pod działaniem zewnętrznego pola elektrycznego nazywa się polaryzacją dielektryka. Im silniejsze zewnętrzne pole elektryczne, tym większe względne przesunięcie między dodatnimi i ujemnymi centrami ładunku każdej cząsteczki, tym większy jest elektryczny moment dipolowy cząsteczki, tym bardziej spolaryzowane ładunki pojawiają się na obu powierzchniach dielektryka i tym bardziej spolaryzowany jest wysoki. Kiedy zewnętrzne pole elektryczne Po usunięciu przetwornika piezoelektrycznego o częstotliwości rezonansowej środki ładunków dodatnich i ujemnych ponownie pokrywają się (P = 0), zatem ten typ cząsteczki można uznać za elastyczny dipol elektryczny, którego siła sprężystości jest połączona dwoma równoważnymi ładunkami elektrycznymi. Wielkość elektrycznego momentu dipolowego P jest proporcjonalna do natężenia pola. Ponieważ polaryzacja nieskończonej cząsteczki polega na względnym przemieszczeniu środka ładunków dodatnich i ujemnych, często nazywa się ją bitem.

Ukierunkowana polaryzacja cząsteczek polarnych

Jeśli chodzi o polarny dielektryk molekularny, środek ładunków dodatnich i ujemnych w cząsteczce jest równoważny dipolowi elektrycznemu. Pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego zostanie ona poddana działaniu momentu, w wyniku czego elektryczny moment dipolowy P cząsteczki zostanie obrócony w kierunku pola elektrycznego. Z powodu interferencji molekularnego ruchu termicznego to sterowanie jest niewielkie i niemożliwe jest wyrównanie elektrycznych momentów dipolowych wszystkich cząsteczek wzdłuż kierunku pola elektrycznego. Im silniejsze zewnętrzne pole elektryczne elektrody piezoelektrycznej, tym bardziej uporządkowany jest porządek sterowania elektrycznym momentem dipolowym cząsteczki. Na poziomie makroskopowym im bardziej spolaryzowane ładunki pojawiają się na obu powierzchniach prostopadłych do dielektryka i zewnętrznego pola elektrycznego, tym wyższy stopień polaryzacji. Kiedy zewnętrzne pole elektryczne zostanie usunięte, kierunek elektrycznego momentu dipolowego cząsteczki staje się nieregularny z powodu ruchu termicznego cząsteczek, a dielektryk jest nadal neutralny. Polaryzacja cząsteczek polarnych polega na kierunku, w którym równoważny dipol elektryczny zamienia się w zewnętrzne pole elektryczne, dlatego nazywa się to polaryzacją orientacji. Ogólnie rzecz biorąc, chociaż cząsteczki są spolaryzowane w tym samym czasie, występuje również polaryzacja przemieszczenia. Chociaż mikroskopijne procesy polaryzacji dwóch rodzajów dielektryków, polarne są różne, ale efekty makroskopowe są takie same. Na dwóch przeciwległych powierzchniach dielektryka pojawiają się spolaryzowane ładunki czujników piezoelektrycznych o różnej liczbie, a zewnętrzne pole elektryczne wzrasta. tym bardziej pojawiają się ładunki spolaryzowane. Dlatego też, gdy poniżej makroskopowo opisano zjawisko polaryzacji dielektryka, nie ma potrzeby dzielenia ich na dwa rodzaje dielektryków.