Термоэлектричеством
Значительная термо-э.д.с. достигается не только выбором подходящей пары металлов или полупроводников или увеличением ДТ, но и последовательным соединением нескольких термопар в термобатарею (термостолбик).
Термоэлектричество находит три основных применения:
1) для создания генераторов тока с прямым преобразованием молекулярно-тепловой энергии в электрическую. Современные полупроводниковые термогенераторы имеют к.п.д. порядка 10%;
2) для определения температур. Зная зависимость Ėт = ДДТ), по измерениям Ет можно найти ДТ, а следовательно, и Т. Удобство этого метода заключается в дистанционности и возможности измерения температуры небольших объектов, поскольку сам контакт металлов или полупроводников может быть сделан достаточно малым. В медицине, в частности, это используется для нахождения температуры отдельных органов и их частей;
3) для измерения мощности инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучений.
Возникновение термоэлектродвижущей силы в рассмотренном примере относится к группе термоэлектрических явлений. Так называют явления, в которых отражается специфическая связь между электрической и молекулярно-тепловой формами движения материи в металлах и полупроводниках.
15. ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Диэлектриками называют тела, не проводящие электрического тока.
Термин <диэлектрик> введен М. Фарадеем для обозначения веществ, через которые проникают электрические поля, в отличие от металлов, внутри которых электростатического поля нет. К диэлектрикам относят твердые тела, такие, как эбонит, фарфор, жидкости (например, чистая вода), газы.
Условно выделим три класса диэлектриков: 1) с полярными молекулами; 2) с неполярными молекулами; 3) кристаллические.
К первому классу принадлежат такие вещества, как вода, нитробензол и др.
Ко второму классу диэлектриков относят такие вещества (например, водород, кислород и др.), молекулы которых при отсутствии электрического поля не имеют дипольных моментов.
Третий класс - кристаллические диэлектрики (например, NaCl), решетка которых состоит из положительных и отрицательных ионов.
Все эти процессы, происходящие в разных диэлектриках, находящихся в электрическом поле, объединяют общим термином поляризация, т.е. приобретение диэлектриком полярности.
Для первого класса диэлектриков характерна ориентационная поляризация, для второго - электронная, т.е. смещение главным образом электронов, для третьего - ионная.
Такая классификация условна, так как в реальном диэлектрике могут одновременно существовать все виды поляризации.
Изменение напряженности электрического поля, в котором находится диэлектрик, будет влиять на состояние его поляризации. Для оценки состояния поляризации диэлектрика вводят величину, называемую поляризованностъю, среднее значение которой равно отношению суммарного электрического момента элемента диэлектрика к объему этого элемента:
•Ре = ∑ Pi/V
Единицей поляризованности является кулон на квадратный метр
(Кл/м2).
При поляризации диэлектрика на одной его поверхности (грани) создаются положительные заряды, а на другой - отрицательные. Эти электрические заряды называют связанными, так как они принадлежат молекулам диэлектрика (или кристаллической решетке при ионной поляризации) и не могут перемещаться в отрыве от молекул или быть удалены с поверхности диэлектрика в отличие от свободных зарядов, которых в идеальном диэлектрике нет.
При возрастании напряженности электрического поля упорядочивается ориентация молекул (ориентационная поляризация), увеличиваются дипольные моменты молекул (электронная поляризация), а также происходит смещение <подрешеток> (ионная поляризация) - все это приводит к увеличению поверхностной плотности асв связанных электрических зарядов.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
В кристаллических диэлектриках поляризация может возникнуть при отсутствии электрического поля при деформации. Это явление получило название пьезоэлектрическою эффекта (пьезоэффекта).
Различают поперечный пьезоэффект и продольный.
Пьезоэлектрический эффект обусловлен деформацией элементарных кристаллических ячеек и сдвигом подре-шеток относительно друг друга при механических деформациях. Поляризованность при небольших механических деформациях пропорциональна их величине. Пьезоэффект возникает в кварце, сегнетовой соли и других кристаллах, в которых элементарная ячейка решетки не имеет центра симметрии.
Оба пьезоэффекта - прямой и обратный - применяют в тех случаях, когда необходимо преобразовать механическую величину в электрическую, или наоборот.
Так, прямой пьезоэффект используют в медицине - в датчиках для регистрации пульса, в технике - в адаптерах, микрофонах и для измерения вибраций, а обратный пьезоэффект - для создания механических колебаний и волн ультразвуковой частоты.