Электрострикция

В электромагнетизме которое электрострикция — это свойство всех электрических непроводников или диэлектриков , заставляет их изменять свою форму под действием электрического поля . Это двойственное свойство, магнитострикции .

Объяснение

Электрострикция является свойством всех диэлектрических материалов и вызывается смещением ионов в кристаллической решетке под воздействием внешнего электрического поля. Положительные ионы будут смещаться в направлении поля, а отрицательные ионы - в противоположном направлении. Это смещение будет накапливаться по всему объему материала и приводить 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 электроотрицательности атомов и, следовательно, проявляют электрострикцию.

Результирующая деформация (отношение деформации к исходному размеру) пропорциональна квадрату поляризации . Изменение направления электрического поля не меняет направление деформации.

Более формально, коэффициент электрострикции представляет собой четвертого ранга тензор ( $Q_{ijkl}$ ), связывающий тензор деформаций второго ранга ( $x_{ij}$ ) и вектор плотности электрической поляризации (т.е. тензор первого ранга; $P_{m}$ ).

$x_{ij}=Q_{ijkl}P_{k}P_{l}$

Соответствующий пьезоэлектрический эффект возникает только в определенном классе диэлектриков. Электрострикция применима ко всем симметриям кристалла, тогда как пьезоэлектрический эффект применим только к 20 группам пьезоэлектрических точек . Электрострикция представляет собой квадратичный эффект, в отличие от пьезоэлектричества, который является линейным эффектом.

Материалы

Хотя все диэлектрики обладают некоторой электрострикцией, некоторые инженерные керамики, известные как релаксорные сегнетоэлектрики , имеют чрезвычайно высокие электрострикционные константы. Наиболее часто используются

ниобат свинца-магния (ПМН)
свинец, ниобат магния-титанат свинца (ПМН-ПТ)
цирконат-титанат свинца-лантана (PLZT)

Величина эффекта

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. ^{[ нужна ссылка ]}. Поэтому устройства, изготовленные из таких материалов, обычно работают при напряжении смещения, чтобы вести себя почти линейно. Вероятно, это вызовет деформации, которые приведут к изменению электрического заряда, но это не подтверждено.

Приложения

Гидроакустические проекторы для подводных лодок и надводных кораблей
Приводы для малых перемещений

См. также

Ссылки

«Электрострикция». Британская энциклопедия.
Мини-словарь физики (1988) Oxford University Press
«Электрострикционные материалы» от TRS Technologies
«Электронные материалы» профессора доктора Хельмута Фёлля