Страница:
7.1.2.сли материал претерпевает те или иные певращения, его с о п р о т и в л е н и е э л е к т р и ч е ск о м у т о к у меняется.
А.с. N 414528: Способ определения относительной связанной поверхности волокон в листе бумаги путем измерения электросопротивления,отличающийся тем,что,с целью повышения точности и упрощения методики измерений, образец бумаги подвергают линейному деформированию в продольном направлении расположения волокон с одновременной регистрацией электросопротивления, после чего определяют отношение разности измерения электросопротивлений после и до деформирования образца бумаги.
Расплавы некоторых диэлектриков - поводники, в частности, хорошо пропускает ток расплавленное стекло.
7.1.3. В диэлектрике, помещенном в переменное электромагнитное поле , часть энергии поля переходит в тепловую. Эта доля пропорциональна т а н г е н с у у г л а д и э л е к т ри ч е с к и х п о т е р ь ( ).
Патент Австралии N 420764: Способ термического сращивания материалов. Предлагается усовершенствованный метод сращивания псредством диэлектрического нагрева термопластичных материалов, имеющих малые коэффициенты диэлектрических потерь (пропилен,полиплен и др.).При этом между наложенными друг на друга краями соединяемых внахлестку листов материала закладывается вставка, эффективно выделяющая тепло при воздействии электрического поля ВЧ, которое создается между электродами прижимающими сращиваемый участок.Тепловыделяющие вставки,имеющие форму прутка или квадратных пластинок, изготовляются из газоренированных полимеров (например полимеры и сополимеры хлористого винила)и располагается вдоль соединяемых краев листов.Тепло, выделяемое вставками под действием электрического поля ВЧ, нагревает и размегчает материал в зоне соединения, благодаря чему он при нажатии электродов обжимается вокруг вставки и сращивается в сплошную массу.
Все виды нагрева диэлектриков в электрических полях основаны именно на этом эффекте.
А.N 527407. Способ изготовления бетонополимерных изделий заключающийся в сушке бетонных элементов с вакуумированием, пропитke под давлением и последующей термокаталитеческой полимеризации,о т л и ч а ю щ и й тем , что, с целью равномерного прогрева изделия и сохранения продолжительности процесса термокаталитиую полимеризацию осуществляют или дополнительном воздействии электрического поля ВЧ в диапазоне 1-150 мгц
7.2. Д и э л е к т р и ч е с к а я п р о н и ц а е м о с т ь диэлектриков зависит от многих факторов . По ее изменению можно контролировать ход различных процессов в диэлектриках.
А.С N Способ контроля глубины полимеризации синтетических каучуков в процессе их растворной полимеризации,о т л и ч а ю щ е й с я тем, что, с целью обеспечения непрерывности контроля и упрощения методики анализа, измеряют диэлектрическую проникаемость раствора полимера и со степени изменения диэлектрической проницаемости о глубине полимеризаций продукта
А.С.N 497520: Способ определения времени пропитки пористых материалов, заключающийся в погружении контролируемого образца торцом в контрольную жидкость и отсчета времени пропитки о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, образец материала помещают в датчик измерительной аппаратуры, например между обкладками конденсаторов, а время пропитки отсчитывают от момента начала до момента прекращения изменения электрических свойств образца.
7.2.1. Диэлектрические свойства вещества зависят от частоты. Один и тот же материал при воздействии на него поля низкой частоты -диэлектрик,поля высокой частоты - к.
При I мы имеем дело с диэлектриком, а
при I - с поводником.( - удельная электрическая
проницаемость - круговая частота.
7.3. П р о б о й д и э л е к т р и к о в. носит лбо тепловой, либо электрический - лавинный - характер.Механизм теплового пробоя - постепенный разогрев участка диэлектрика,падение его сопротивления и термическое разрушение материала.
А.С.N 218805: Способ электрораскроя материала,например,ткани, с помощью электрода,выполненого по форме выкройки отличающийся тем,что, с целью ускорения технологического процесса раскроя повышения точности раскроя и сокращения отходов материала,раскрой поизводят расщиплением материала на ионы током высокого напряжения например 10 кв, проходящим через раскраиваемый материал между неподвижным электродом и другим электродом по линии электроповодной схемы,перемещаемым по другую сторону раскраеваемого материала.
7.4.Электромеханические эффекты в диэлектриках.
7.4.1.Общим электромеханическим эффектом для всех диэлектриков является э л е к т р о с т р и к ц и я . Она появляется в упругом (обратимом) превращении энергии тела в электрическое поле и для свободного тела сопровождается увеличением его размеров.
7.4.2. П ь е з о э л е к т р и ч е с к и й э ф ф е к т. (пьезоэффект) - это также электромеханический эффект, однако он наблюдается не во всех диэлектриках, а только в нецентросимметричных кристаллах. Причем, в отличии от электрострикции, пьезоэффект обратим Он может быть прямым и обратным.
Прямой пьезоэффект проявляется в образовании зарядов на поверхности твердого тела под воздействием механических напряжений.
Лампу-вспышку зажигает удар. Польский изобретатель Тадеуш Косецкий предложил использовать пьезокристалл в качестве источника энергии для лампы-вспышки. Под действием быстрого сильного удара по кристаллу на нем возникает электрическое напряжение. По расчетам изобретателя, его вполне должно хватить для зажигания лампы. Никаких батарей для такого "блица" вообще не понадобится: всю необходимую для лампы энергию даст механический удар по кристаллу.
Патент ФРГN.1218216: Пьезоэлектрическое устройство для зажигания с кулачковым приводом, предназначенное для двигателей внутреннего сгорания, отличающееся тем,что кулачковый привод постоянно имеет кинетическое соединение, и периодически-динамическое соединение с известным пружинным аккумулятором и взаимодействует с ним. Пружинный аккумулятор соединен с подвижным концом пьезоэлектрического элемента.
7.4.3. Обратный пьезоэффект анологичен эффекту электрострикции однако, если при электрострикции деформации тела не зависит от знака электрического поля, для пьезоэффекта такая зависимость имеет место. Практически можно считать, что пьезоэффект отличен, а электрострикция является квадратичным эффектом.
Патент США N 3239283. Предлагается кострукция подшипника в котором трение уничтожается вибрацией.Втулки подшипника выполняются из пьезоэлектрического материала и с обеих сторон покрываются тонкой электропроводной фольгой. К фольге припаиваются тонкие электроды, по которым проводится переменный ток. А ток заставляет пьезоэлектрик сжиматься и раздаваться, создавая вибрацию, уничтожающую трение.
В некоторых случаях используются одновременно и пямой и обратный пьезоэффект, например, в пьезоэлектрических трансформаторах.
7.5. В некоторых кристаллах суммарный дипольный момент отличен от нуля даже в отсутсвие внешнего электрического поля. Такого рода кристаллы называют самопроизвольно или спонтанно поляризованными кристаллами. Другое название этих кристаллов п и р о э л е к т р и к и. Это название появилось потому, что пироэлектрики обнаруживают по возникновению заряда на их поверхности при нагревании или охлаждении. С помощью пироэлектриков можно измерять изменение температуры на 10 в минус 6-ой градуса.
АN.288356: Устройство для определения тепловых потоков содержащее термоэлементы, расположенные на гранях дополнительной стенки, перпендикулярных направлению потока иизмерительную схему,отличающуюся тем,что,с целью повышения точности и быстродействия, в нем термоэлементы выполнены в виде пироэлектрических датчиков температуры и включены в частотнозависимую цепь обратной связи измерительной схемы.
Пироэлектрический эффект обычно усложняется тем,что каждый пироэлектрический кристалл является одновременно и пьезоэлектриком. Поэтому неоднократное изменение температуры кристалла вызывает деформацию, а последняя породит "вторичную" поляризацию пьезоэлектрического происхождения, налагающуюся на "первичную" пироэлектрическую поляризацию.
7.5.1. В пироэлектрических кристаллах может наблюдаться э л е к т р о к а л о р и ч е с к и й э ф ф е к т - изменение температуры пироэлектрика, вызванное изменением величины электрического поля (например,при внесении пироэлектрика в электрическое поле).
7.5.2. С е г н е т о э л е к т р и к и - частный случай пироэлектриков.
А.С.N 276449: sпособ детектирования в газовой хроматографии путем каталитического сжигания компонентов анализируемой смеси , отличающийся тем,что с целью увеличения чувствительности и непосредственного измерения производной концентрации анализируемого веществаво времени, сжигание производят на поверхности сегнетоэлектрика и измеряют возникающие при этом электрические заряды.
7.5.3. В сегнетоэлектриках также самопоизвольно возникает поляризация , но только в некотором интервале температур. Температура, при которой происходит исчезновение спонтанной поляризации, называется сегнетоэлектрической температурой Кюри. При температуре Кюри в сегнетоэлектриках наблюдается максимум диэлектрической проницаемости,а ее изменение вблизи этой температуры происходит скачками (сравнение с эффектами Гопкинса и Бархгаузена). Выше температуры Кюри сегнетоэлектрик переходит в п а р о э л е к т р и ч е с к о е с о с т о я н и е.
А.С.N 238185: Устройство для измерения расхода,скорости потока жидкости или газа , содержащее термочуствительный датчик с нагревательным элементом и схему измерения темперетуры, отличающуюся тем,что, с целью обеспечения работы в агресивных средах,повышения быстродействия и точности измерения,термочувствительный элемент датчика выполнен в виде термоконденсатора из сегнетоэлектрика,точка Кюри которого ниже рабочей температуры.
С е г н е т о э л е к т р и к и - это электрические аналоги форромагнетиков,которые ,как известно, самопроизвольно намагничиваются и имеют точку Кюри. Поэтому сегнетоэлектрики иногда называют ф е р р о э л е к т р и к а м и. Они отличаются большой диэлектрической проницаемостью, высоким пьезоэффектом наличием петли диэлектрического гисерезиса, интересными электрооптическими свойствами.
А.С.N 262405: sканирующее устройство оптического диапазона,содержащее зонную пьезоэлектрическую пластину, с системой электродов,на которую подано отклоняющее напряжение ,и коллимирующее устройство отличающееся тем,что, с целью уменьшения необходимого отклоняющего напряжения и оптических потерь, зонная пластина изготовлена из сегнето-электриков моноклинной системы, у которых пьезоэффекты по взаимно перпендикулярным направлениям различны а зоны френеля нанесены на поверхность пластины в виде чередующихся отражающих и неотражающихся покрытий в форме элипсов, главные оси которых ориентированы вдоль направления пьезоэффектов пластины.
7.5.4. Кроме сегнетоэлектриков, которые можно расматривать как совокупность паралельно ориентированных диполей,есть вещества с антипаралельным расположением диполей. Их называют а н т и с е г н е т о э л е к т р и к а м и .
При наложении достаточно сильного электрического поля антисегнетоэлектрики могут перейти в сегнетоэлектрическое состояние При таком "вынужденом" фазовом переходе в сильном переменном поле наблюдаются двойные петли гистерезиса. Kритическое поле, при котором в антисегнетоэлектриках возникает сегнетоэлектрическая фаза,уменьшается при увеличении температуры. В некоторых случаях с ростом температуры наблюдаются переходы из сегнетоэлектрического состояния в антисегнетоэлектрическое, а затем в пароэлектрическое.
7.5.5. С е г н е т о ф е р р о м а г н е т и к и - это сегнетоэлектрики, в которых наблюдается упорядочение магнитных моментов. В них могут существовать различные виды электрического и магнитного упорядочения: сегнетоэлектричество или антисегнетоэлектричество с ферромагнитизмом , антиферромагнетизмом или ферромагнетизмом.
7.5.6. Сегнетоэлектрические и ферромагнитные точки Кюри у таких веществ не совпадают. Но в сегнетоэлектрической точке Кюри наблюдается аномалия магнитных свойств, а в магнитной аномалия диэлектрических.Кроме того, при наложении магнитного (электрического) поля наблюдается изменение электрической (магнитной)проницаемости- магнито э л е к т р и ч е с к и й э ф ф е к т .
7.6. Влияние электрического поля и механических напряжений на сегнетоэлектрический эффект
7.6.1.Наложение электрического поля вдоль полярной оси увеличивает устойчивость сегнетоэлектрического состояния, расширяет область температур,в которой существует спонтанная поляризация. В антисенгетоэлектриках в сильных электрических полях температура Кюри понижается.
Некоторые сигнетоэлектрики выше точки Кюри обладают пьезоэффектом.Приложение к таким веществам в параэлектрической фазе механического напряжения по эффекту эквивалентно приложого напряжения.
А.N 415617: 1 Способ измерения напряженности электрического поля путем изменения диэлектрической проницаемости сегнетоконденсатора,помещенное в иследуемое поле,отличающееся тем,что с целью повышения доводят до точки Кюри,стабилизируют ее вблизи этой точки, периодически деформируя тело сегнетоконденсатора, перемещают точку Кюри и выделяют электрический сигнал, имеющий частоту механических деформаций, по которому судят о напряженности измеряемого электрического поля.
2 Способ по п.1, отличающийся тем, что, периодическую деформацию тела сегнетоконденсатора производят при помощи ультразвукового аккустического поля.
3 Способ по п.1 отличающийся тем,ч деформацию тела сегнетоконденсатора производят при помощи знакопеременного электрического поля.
- В водородосодержащих сегнетоэлектриках наложение гидростатического давления повышает температуру Кюри.
7.6.2. eсли в сегнетоэлектрике наблюдаются низкотемпературные переходы, на кривых температурных зависимостей диэлектрических свойств обычно наблюдаются а н о м а л и и , соответствующие этим переходам. Антисегнетоэлектрический фазовый переход сопровождается аномалией теплоемкости ирконата свинца -400 ккал/моль); может наблюдаться аномальное изменение объема и коэффициента теплового расширения.
7.6.3. pри нагреве сегнетоэлектрического кристалла происходит уменьшение спонтанной поляризации,что эквивалентно появлению пироэлектрического заряда на поверхности кристалла.
Патент Великобритании N 1335955: Электрическое измерение давления Датчик давления состоит из тела,выполненого из пироэлектрического вещества ,диэлектрическая постоянная которого зависит приложенного давления,при этом температура измерительного тела стабилизируется подачей переменного напряжения на пироэлектрический элемент, имеющий тепловую связь с измерительным телом.
Новый тип сегнетоэлектрического полинейного элемента тактандел-температурно автостабилизированный диэлектрический нелинейный элемент сам стабилизирует свою температуру вблизи точки Кюри.
На возрастание электросопротивления в области температуры Кюри основаны сегнетоэлектрические термосопротивления с продолжительным температурным коэффициентом (ТКС- +60%/градус) -позисторы.
7.7. Э л е к т р е т ы - электрические аналоги поэтапных магнитов Они длительно сохраняют наэлектризованное состояние и создают вокруг себя электрическое поле. Электреты получаются либо охлажденио нагретого диэлектрика (воска,церезина,нейлона ит.д.) в сильном электрическом поле , либо освещением (или радиоактивным облучением) фотопроводящих диэлектриков, также в сильном поле. Применение электретов связано в основном с наличием у них постоянного электрического поля.
А.С.N 115132 Индивидуальный дозиметр радиоактивного излучения и другого проникающего излучения, состоящий из приемника излучения и измерительного пибора, отличающийся тем ,что с целью возможности определения суммарной дозы излучения за требуемый помежуток времени, его приемник выполнен в виде электрета,заключенного в герметический корпус, содержащий газ,например ,воздух.
Здесь излучение ионизирует газ, ионы которого разряжают электрет.
Л И Т Е Р А Т У Р А.
Е.С. Кухаркин. Основы инженерной электрофизики, т1,2.м.,Высшая школа 1989г.
Е.Е. Зибельрман. Электричество и магнетизм. М.,"Наука", 1970г.
К 7.1. Таблицы физических величин.М., "Атомиздат",1976, стр.320
Патент Франции 2005067
К 7.2 Патент США 3586971.
К 7.4. В.В.Лаврженко. Пьезоэлектрические трансформаторы. М., Энергия.,1975,
А.С.517790, 504940;
Патент США 3557616, 3558795
К 7.5. Г.А.Смоленский, Н.Н. Крайник. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики М.,"Наука",1968.
Физический энциклопедический словарь т4,стр.11-12.
8. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА.
8.1. Всякое вещество является магнетиком, т.е. способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться). По величине и направлению этого момента, а также по причинам, его породившим, все вещества делятся на группы. Основные из них - диа и парамагнетики.
8.1.1. Молекулы д и а м а г н е т и к а собственного магнитного момента не имеют. Он возникает у них только под действием внешнего магнитного поля и направлен против него. Таким образом результирующее магнитное поле в диамагнетике меньше, чем внешнее поле, правда, на очень малую величину. Это приводит к тому, что при перемещении диамагнетика в неоднороное магнитное поле он стремится сместиться в ту область, где напряжение магнитного поля меньше.
Патент США 3 611 815: Гироскопическая система, практически свободная от трения, содержит цилиндрический ротор, концы которого окружены парой кольцевых постоянных магнитов. На каждом конце ротора установлена вставка из диамагнитного материала, взаимодействующая с соответствующим постоянным магнитом так, что создаются отталкивающие магнитные силы, которые удерживают ротор в состоянии, характеризующимся отсутствием физического контакта ротора с магнитом: ротор "всплывает" в магнитном поле практически без трения.
8.1.2. Молекулы (или атомы) парамагнетика имеют собственные магнитные моменты, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающе внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле.
Так, например, жидкий кислород - парамагнетик, он притягивается к магниту.
Магнитная проницаемость конкретного вещества зависит от многих факторов: напряженности магнитного поля, формы рассматриваемого поля (так как конечные размеры любого магнетика приводят к появлению встречного поля, уменьшающего первоначальное), температуры, частоты изменения магнитного поля, наличия дефектов структуры и т.д.
Патент Великобритании 1 343 270: Способ измерения температуры, например, стальных пластин, окрашенных виниловыми красителями. Температура пластин определяется по изменениям их магнитной проницаемости и проводимости, которые воспринимаются индуктивным зондам, подключенным к генератору.
А.с. 550 572: Способ структуроскопии ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что контролируемое изделие подвергают взаимодействию с электроиндуктивным преобразователем магнитной проницаемости в электрические сигналы, по которым судят о результатах контроля, отличающийся тем, что с целью повышения достоверности определения усталостных изменений в структуре материала изделия, поверхность последнего сканируют преобразователем по заданной функции относительно места концентрации механических напряжений, регистрируют экстремумы относительного значения магнитной проницаемости и по их распределению судят об усталостных изменениях в структуре материала.
А.с. 438 922: Способ неразрушающего контроля физико-химических процессов в структурированных упруго-вязкопластичных системах, основанный на изменении магнитной воспримчивости, отличающийся тем, что с целью повышения точности определения нормальной густоты водных растворов вяжущих веществ, изменяют во времени изменения удельной магнитной воспримчивости и по максимальному значению ее судят о готовности продукта.
Существует ряд веществ, в которых квантовые эффекты межатомных взаимодействий приводят к появлению специфических магнитных свойств.
8.1.3. Наиболее интересное свойство - ферромагнетизм. Оно характерно для группы веществ в твердом кристаллическом состоянии (ферромагнетиков), характеризующихся параллельной ориентацией магнитных моментов атомных носителей магнетизма.
Параллельная ориентация магнитных моментов существует в довольно больших участках вещества - доменах. Суммарные магнитные моменты отдельных доменов имеют очень большую величину, однако сами доменты обычно ориентированы в веществе хаотично. При наложении магнитного поля происходит ориентация доменов, что приводит к возникновению суммарного магнитного момента у всего обьема ферромагнетика, и, как следствие, к его наманичиванию.
А.с. 540 299: Постоянный магнит, содержащий одноименные частицы, отличающийся тем, что с целью повышения коэрицитивной силы, в качестве доменов использованы отрезки литого микропровода в стеклянной изоляции, каждый из которых содержит один микрокристал.
Естественно, что ферромагнетики, как и парамагнетики, перемещаются в ту точку поля, где напряженность максимальная (втягиваются в магнитное поле). Из-за большой величины магнитной проницаемости сила, действующая на них, гораздо больше.
А.с. 512 224: 1- Способ склеивания ферромагнитных материалов, включающий операцию нанесения клея на склеиваемые поверхности, соединение поверхностей, полного отвердения клея, отличающийся тем, что с целью уничтожения прочности склеивания, в период открытой выдержки раздельно проводят обработку каждой из двух склеиваемых поверхностей с нанесенным на них слоя клея постоянными магнитными полями противоположной полярности с напряженностью от 500 до 700 эротед.
2- Способ по п.1, отличающийся тем, что в период отверждения на клеевой шов воздействуют магнитным полем, совпадающим по направлению с полем остаточного магнетизма.
А.с. 185 003: Способ обработки внутренних поверхностей труб, включающий операции по введению внутрь трубы абразива ввиде мелкозернистого или порошкобразного вещества высокой твердости, перемещения этого абразива относительно внутренней поверхности трубы при их взаимном контакте и последующего извлечения из трубы полученного порошкообразного продукта, отличающийся тем, что с целью улучшения качества обработки трубы и для ее нагрева, феромагнитный абразив после его введения внутрь трубы подвергается воздействию вращающегося электромагнитного поля, созданного вокруг трубы.
Здесь используется эффект втягивания ферромагнетика в то место поля, где магнитные силовые линии "гуще"; так как поле вращается, то вращаются и частицы.
8.1.3.1. Существование доменов в ферромагнетиках возможны только ниже определенной температуры (ТОЧКА КЮРИ). Выше точки Кюри тепловое движение нарушает упорядоченную структуру доменов и ферромагнетик становится обычным парамагнетиком.
Патент ФРГ 1 243 791: Термолюминисцентный дозиметр, содержащий дозиметрический элемент, заключенный в герметизированную прозрачную камеру и снабженный носителем люминисцентного материала, нагреваемый индукционным путем, отличающийся тем, что носитель содержит ферромагнитный материал, точка Кюри которого, характеризующие фазовый переход второго рода, соответствуют определенной максимальной температуре.
Диапазон температур Кюри для ферромагнетиков очень широк: у радолиния температура Кюри 20 C, для читого железа - 1043 К. Практически всегда можно подобрать вещество с нужной температурой Кюри.
А.с. 266 029: Магнитная муфта скольжения, содержащая корпус и многополюсный ротор с постоянными магнитами, отличающаяся тем, что с целью автоматического включения муфты при заданной температуре, она снабжена шунтами, установленными между полюсами ротора и выполненного из термореактивного материала, имеющего характеристику магнитной проницаемости с точкой Кюри, соответствующей заданной температуре, а корпус и ротор изготовлены из материала сточкой Кюри, соответствующей температуре выше заданной.
При понижении температуры все парамагнетики, кроме тех у которых парамагнетизм обусловлен электронами проводимости, переходят либо в ферромагнитное, либо в антиферромагнитное состояние.
8.1.4. У некоторых веществ (хром, марганец) собственные магнитные моменты электронов ориентированы антипараллельно (навстречу) друг другу. Такая ориентация охватывает соседние атомы и их магнитные моменты компенсируют друг друга. В результате антиферромагнетики обладают крайне малой магнитной воспримчивостью и ведут себя как очень слабые парамагнетики.
8.1.4.1. Для антиферромагнетиков также существует температура, при которой антипараллельная ориентация спинов исчезает. Эта температура называется антиферромагнитной точкой Кюри или точкой Нееля.
У некоторых ферромагнетиков (эрбин, диоброзин, сплавов марганца и меди) таких температур две (верхняя и нижняя точка Нееля), причем антиферромагнитные свойства наблюдаются только при промежуточных температурах. Выше верхней точки вещество ведет себя как парамагнетик, а при температурах меньших нижней точки Нееля, становится ферромагнетиком.
А.с. N 414528: Способ определения относительной связанной поверхности волокон в листе бумаги путем измерения электросопротивления,отличающийся тем,что,с целью повышения точности и упрощения методики измерений, образец бумаги подвергают линейному деформированию в продольном направлении расположения волокон с одновременной регистрацией электросопротивления, после чего определяют отношение разности измерения электросопротивлений после и до деформирования образца бумаги.
Расплавы некоторых диэлектриков - поводники, в частности, хорошо пропускает ток расплавленное стекло.
7.1.3. В диэлектрике, помещенном в переменное электромагнитное поле , часть энергии поля переходит в тепловую. Эта доля пропорциональна т а н г е н с у у г л а д и э л е к т ри ч е с к и х п о т е р ь ( ).
Патент Австралии N 420764: Способ термического сращивания материалов. Предлагается усовершенствованный метод сращивания псредством диэлектрического нагрева термопластичных материалов, имеющих малые коэффициенты диэлектрических потерь (пропилен,полиплен и др.).При этом между наложенными друг на друга краями соединяемых внахлестку листов материала закладывается вставка, эффективно выделяющая тепло при воздействии электрического поля ВЧ, которое создается между электродами прижимающими сращиваемый участок.Тепловыделяющие вставки,имеющие форму прутка или квадратных пластинок, изготовляются из газоренированных полимеров (например полимеры и сополимеры хлористого винила)и располагается вдоль соединяемых краев листов.Тепло, выделяемое вставками под действием электрического поля ВЧ, нагревает и размегчает материал в зоне соединения, благодаря чему он при нажатии электродов обжимается вокруг вставки и сращивается в сплошную массу.
Все виды нагрева диэлектриков в электрических полях основаны именно на этом эффекте.
А.N 527407. Способ изготовления бетонополимерных изделий заключающийся в сушке бетонных элементов с вакуумированием, пропитke под давлением и последующей термокаталитеческой полимеризации,о т л и ч а ю щ и й тем , что, с целью равномерного прогрева изделия и сохранения продолжительности процесса термокаталитиую полимеризацию осуществляют или дополнительном воздействии электрического поля ВЧ в диапазоне 1-150 мгц
7.2. Д и э л е к т р и ч е с к а я п р о н и ц а е м о с т ь диэлектриков зависит от многих факторов . По ее изменению можно контролировать ход различных процессов в диэлектриках.
А.С N Способ контроля глубины полимеризации синтетических каучуков в процессе их растворной полимеризации,о т л и ч а ю щ е й с я тем, что, с целью обеспечения непрерывности контроля и упрощения методики анализа, измеряют диэлектрическую проникаемость раствора полимера и со степени изменения диэлектрической проницаемости о глубине полимеризаций продукта
А.С.N 497520: Способ определения времени пропитки пористых материалов, заключающийся в погружении контролируемого образца торцом в контрольную жидкость и отсчета времени пропитки о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, образец материала помещают в датчик измерительной аппаратуры, например между обкладками конденсаторов, а время пропитки отсчитывают от момента начала до момента прекращения изменения электрических свойств образца.
7.2.1. Диэлектрические свойства вещества зависят от частоты. Один и тот же материал при воздействии на него поля низкой частоты -диэлектрик,поля высокой частоты - к.
При I мы имеем дело с диэлектриком, а
при I - с поводником.( - удельная электрическая
проницаемость - круговая частота.
7.3. П р о б о й д и э л е к т р и к о в. носит лбо тепловой, либо электрический - лавинный - характер.Механизм теплового пробоя - постепенный разогрев участка диэлектрика,падение его сопротивления и термическое разрушение материала.
А.С.N 218805: Способ электрораскроя материала,например,ткани, с помощью электрода,выполненого по форме выкройки отличающийся тем,что, с целью ускорения технологического процесса раскроя повышения точности раскроя и сокращения отходов материала,раскрой поизводят расщиплением материала на ионы током высокого напряжения например 10 кв, проходящим через раскраиваемый материал между неподвижным электродом и другим электродом по линии электроповодной схемы,перемещаемым по другую сторону раскраеваемого материала.
7.4.Электромеханические эффекты в диэлектриках.
7.4.1.Общим электромеханическим эффектом для всех диэлектриков является э л е к т р о с т р и к ц и я . Она появляется в упругом (обратимом) превращении энергии тела в электрическое поле и для свободного тела сопровождается увеличением его размеров.
7.4.2. П ь е з о э л е к т р и ч е с к и й э ф ф е к т. (пьезоэффект) - это также электромеханический эффект, однако он наблюдается не во всех диэлектриках, а только в нецентросимметричных кристаллах. Причем, в отличии от электрострикции, пьезоэффект обратим Он может быть прямым и обратным.
Прямой пьезоэффект проявляется в образовании зарядов на поверхности твердого тела под воздействием механических напряжений.
Лампу-вспышку зажигает удар. Польский изобретатель Тадеуш Косецкий предложил использовать пьезокристалл в качестве источника энергии для лампы-вспышки. Под действием быстрого сильного удара по кристаллу на нем возникает электрическое напряжение. По расчетам изобретателя, его вполне должно хватить для зажигания лампы. Никаких батарей для такого "блица" вообще не понадобится: всю необходимую для лампы энергию даст механический удар по кристаллу.
Патент ФРГN.1218216: Пьезоэлектрическое устройство для зажигания с кулачковым приводом, предназначенное для двигателей внутреннего сгорания, отличающееся тем,что кулачковый привод постоянно имеет кинетическое соединение, и периодически-динамическое соединение с известным пружинным аккумулятором и взаимодействует с ним. Пружинный аккумулятор соединен с подвижным концом пьезоэлектрического элемента.
7.4.3. Обратный пьезоэффект анологичен эффекту электрострикции однако, если при электрострикции деформации тела не зависит от знака электрического поля, для пьезоэффекта такая зависимость имеет место. Практически можно считать, что пьезоэффект отличен, а электрострикция является квадратичным эффектом.
Патент США N 3239283. Предлагается кострукция подшипника в котором трение уничтожается вибрацией.Втулки подшипника выполняются из пьезоэлектрического материала и с обеих сторон покрываются тонкой электропроводной фольгой. К фольге припаиваются тонкие электроды, по которым проводится переменный ток. А ток заставляет пьезоэлектрик сжиматься и раздаваться, создавая вибрацию, уничтожающую трение.
В некоторых случаях используются одновременно и пямой и обратный пьезоэффект, например, в пьезоэлектрических трансформаторах.
7.5. В некоторых кристаллах суммарный дипольный момент отличен от нуля даже в отсутсвие внешнего электрического поля. Такого рода кристаллы называют самопроизвольно или спонтанно поляризованными кристаллами. Другое название этих кристаллов п и р о э л е к т р и к и. Это название появилось потому, что пироэлектрики обнаруживают по возникновению заряда на их поверхности при нагревании или охлаждении. С помощью пироэлектриков можно измерять изменение температуры на 10 в минус 6-ой градуса.
АN.288356: Устройство для определения тепловых потоков содержащее термоэлементы, расположенные на гранях дополнительной стенки, перпендикулярных направлению потока иизмерительную схему,отличающуюся тем,что,с целью повышения точности и быстродействия, в нем термоэлементы выполнены в виде пироэлектрических датчиков температуры и включены в частотнозависимую цепь обратной связи измерительной схемы.
Пироэлектрический эффект обычно усложняется тем,что каждый пироэлектрический кристалл является одновременно и пьезоэлектриком. Поэтому неоднократное изменение температуры кристалла вызывает деформацию, а последняя породит "вторичную" поляризацию пьезоэлектрического происхождения, налагающуюся на "первичную" пироэлектрическую поляризацию.
7.5.1. В пироэлектрических кристаллах может наблюдаться э л е к т р о к а л о р и ч е с к и й э ф ф е к т - изменение температуры пироэлектрика, вызванное изменением величины электрического поля (например,при внесении пироэлектрика в электрическое поле).
7.5.2. С е г н е т о э л е к т р и к и - частный случай пироэлектриков.
А.С.N 276449: sпособ детектирования в газовой хроматографии путем каталитического сжигания компонентов анализируемой смеси , отличающийся тем,что с целью увеличения чувствительности и непосредственного измерения производной концентрации анализируемого веществаво времени, сжигание производят на поверхности сегнетоэлектрика и измеряют возникающие при этом электрические заряды.
7.5.3. В сегнетоэлектриках также самопоизвольно возникает поляризация , но только в некотором интервале температур. Температура, при которой происходит исчезновение спонтанной поляризации, называется сегнетоэлектрической температурой Кюри. При температуре Кюри в сегнетоэлектриках наблюдается максимум диэлектрической проницаемости,а ее изменение вблизи этой температуры происходит скачками (сравнение с эффектами Гопкинса и Бархгаузена). Выше температуры Кюри сегнетоэлектрик переходит в п а р о э л е к т р и ч е с к о е с о с т о я н и е.
А.С.N 238185: Устройство для измерения расхода,скорости потока жидкости или газа , содержащее термочуствительный датчик с нагревательным элементом и схему измерения темперетуры, отличающуюся тем,что, с целью обеспечения работы в агресивных средах,повышения быстродействия и точности измерения,термочувствительный элемент датчика выполнен в виде термоконденсатора из сегнетоэлектрика,точка Кюри которого ниже рабочей температуры.
С е г н е т о э л е к т р и к и - это электрические аналоги форромагнетиков,которые ,как известно, самопроизвольно намагничиваются и имеют точку Кюри. Поэтому сегнетоэлектрики иногда называют ф е р р о э л е к т р и к а м и. Они отличаются большой диэлектрической проницаемостью, высоким пьезоэффектом наличием петли диэлектрического гисерезиса, интересными электрооптическими свойствами.
А.С.N 262405: sканирующее устройство оптического диапазона,содержащее зонную пьезоэлектрическую пластину, с системой электродов,на которую подано отклоняющее напряжение ,и коллимирующее устройство отличающееся тем,что, с целью уменьшения необходимого отклоняющего напряжения и оптических потерь, зонная пластина изготовлена из сегнето-электриков моноклинной системы, у которых пьезоэффекты по взаимно перпендикулярным направлениям различны а зоны френеля нанесены на поверхность пластины в виде чередующихся отражающих и неотражающихся покрытий в форме элипсов, главные оси которых ориентированы вдоль направления пьезоэффектов пластины.
7.5.4. Кроме сегнетоэлектриков, которые можно расматривать как совокупность паралельно ориентированных диполей,есть вещества с антипаралельным расположением диполей. Их называют а н т и с е г н е т о э л е к т р и к а м и .
При наложении достаточно сильного электрического поля антисегнетоэлектрики могут перейти в сегнетоэлектрическое состояние При таком "вынужденом" фазовом переходе в сильном переменном поле наблюдаются двойные петли гистерезиса. Kритическое поле, при котором в антисегнетоэлектриках возникает сегнетоэлектрическая фаза,уменьшается при увеличении температуры. В некоторых случаях с ростом температуры наблюдаются переходы из сегнетоэлектрического состояния в антисегнетоэлектрическое, а затем в пароэлектрическое.
7.5.5. С е г н е т о ф е р р о м а г н е т и к и - это сегнетоэлектрики, в которых наблюдается упорядочение магнитных моментов. В них могут существовать различные виды электрического и магнитного упорядочения: сегнетоэлектричество или антисегнетоэлектричество с ферромагнитизмом , антиферромагнетизмом или ферромагнетизмом.
7.5.6. Сегнетоэлектрические и ферромагнитные точки Кюри у таких веществ не совпадают. Но в сегнетоэлектрической точке Кюри наблюдается аномалия магнитных свойств, а в магнитной аномалия диэлектрических.Кроме того, при наложении магнитного (электрического) поля наблюдается изменение электрической (магнитной)проницаемости- магнито э л е к т р и ч е с к и й э ф ф е к т .
7.6. Влияние электрического поля и механических напряжений на сегнетоэлектрический эффект
7.6.1.Наложение электрического поля вдоль полярной оси увеличивает устойчивость сегнетоэлектрического состояния, расширяет область температур,в которой существует спонтанная поляризация. В антисенгетоэлектриках в сильных электрических полях температура Кюри понижается.
Некоторые сигнетоэлектрики выше точки Кюри обладают пьезоэффектом.Приложение к таким веществам в параэлектрической фазе механического напряжения по эффекту эквивалентно приложого напряжения.
А.N 415617: 1 Способ измерения напряженности электрического поля путем изменения диэлектрической проницаемости сегнетоконденсатора,помещенное в иследуемое поле,отличающееся тем,что с целью повышения доводят до точки Кюри,стабилизируют ее вблизи этой точки, периодически деформируя тело сегнетоконденсатора, перемещают точку Кюри и выделяют электрический сигнал, имеющий частоту механических деформаций, по которому судят о напряженности измеряемого электрического поля.
2 Способ по п.1, отличающийся тем, что, периодическую деформацию тела сегнетоконденсатора производят при помощи ультразвукового аккустического поля.
3 Способ по п.1 отличающийся тем,ч деформацию тела сегнетоконденсатора производят при помощи знакопеременного электрического поля.
- В водородосодержащих сегнетоэлектриках наложение гидростатического давления повышает температуру Кюри.
7.6.2. eсли в сегнетоэлектрике наблюдаются низкотемпературные переходы, на кривых температурных зависимостей диэлектрических свойств обычно наблюдаются а н о м а л и и , соответствующие этим переходам. Антисегнетоэлектрический фазовый переход сопровождается аномалией теплоемкости ирконата свинца -400 ккал/моль); может наблюдаться аномальное изменение объема и коэффициента теплового расширения.
7.6.3. pри нагреве сегнетоэлектрического кристалла происходит уменьшение спонтанной поляризации,что эквивалентно появлению пироэлектрического заряда на поверхности кристалла.
Патент Великобритании N 1335955: Электрическое измерение давления Датчик давления состоит из тела,выполненого из пироэлектрического вещества ,диэлектрическая постоянная которого зависит приложенного давления,при этом температура измерительного тела стабилизируется подачей переменного напряжения на пироэлектрический элемент, имеющий тепловую связь с измерительным телом.
Новый тип сегнетоэлектрического полинейного элемента тактандел-температурно автостабилизированный диэлектрический нелинейный элемент сам стабилизирует свою температуру вблизи точки Кюри.
На возрастание электросопротивления в области температуры Кюри основаны сегнетоэлектрические термосопротивления с продолжительным температурным коэффициентом (ТКС- +60%/градус) -позисторы.
7.7. Э л е к т р е т ы - электрические аналоги поэтапных магнитов Они длительно сохраняют наэлектризованное состояние и создают вокруг себя электрическое поле. Электреты получаются либо охлажденио нагретого диэлектрика (воска,церезина,нейлона ит.д.) в сильном электрическом поле , либо освещением (или радиоактивным облучением) фотопроводящих диэлектриков, также в сильном поле. Применение электретов связано в основном с наличием у них постоянного электрического поля.
А.С.N 115132 Индивидуальный дозиметр радиоактивного излучения и другого проникающего излучения, состоящий из приемника излучения и измерительного пибора, отличающийся тем ,что с целью возможности определения суммарной дозы излучения за требуемый помежуток времени, его приемник выполнен в виде электрета,заключенного в герметический корпус, содержащий газ,например ,воздух.
Здесь излучение ионизирует газ, ионы которого разряжают электрет.
Л И Т Е Р А Т У Р А.
Е.С. Кухаркин. Основы инженерной электрофизики, т1,2.м.,Высшая школа 1989г.
Е.Е. Зибельрман. Электричество и магнетизм. М.,"Наука", 1970г.
К 7.1. Таблицы физических величин.М., "Атомиздат",1976, стр.320
Патент Франции 2005067
К 7.2 Патент США 3586971.
К 7.4. В.В.Лаврженко. Пьезоэлектрические трансформаторы. М., Энергия.,1975,
А.С.517790, 504940;
Патент США 3557616, 3558795
К 7.5. Г.А.Смоленский, Н.Н. Крайник. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики М.,"Наука",1968.
Физический энциклопедический словарь т4,стр.11-12.
8. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА.
8.1. Всякое вещество является магнетиком, т.е. способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться). По величине и направлению этого момента, а также по причинам, его породившим, все вещества делятся на группы. Основные из них - диа и парамагнетики.
8.1.1. Молекулы д и а м а г н е т и к а собственного магнитного момента не имеют. Он возникает у них только под действием внешнего магнитного поля и направлен против него. Таким образом результирующее магнитное поле в диамагнетике меньше, чем внешнее поле, правда, на очень малую величину. Это приводит к тому, что при перемещении диамагнетика в неоднороное магнитное поле он стремится сместиться в ту область, где напряжение магнитного поля меньше.
Патент США 3 611 815: Гироскопическая система, практически свободная от трения, содержит цилиндрический ротор, концы которого окружены парой кольцевых постоянных магнитов. На каждом конце ротора установлена вставка из диамагнитного материала, взаимодействующая с соответствующим постоянным магнитом так, что создаются отталкивающие магнитные силы, которые удерживают ротор в состоянии, характеризующимся отсутствием физического контакта ротора с магнитом: ротор "всплывает" в магнитном поле практически без трения.
8.1.2. Молекулы (или атомы) парамагнетика имеют собственные магнитные моменты, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающе внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле.
Так, например, жидкий кислород - парамагнетик, он притягивается к магниту.
Магнитная проницаемость конкретного вещества зависит от многих факторов: напряженности магнитного поля, формы рассматриваемого поля (так как конечные размеры любого магнетика приводят к появлению встречного поля, уменьшающего первоначальное), температуры, частоты изменения магнитного поля, наличия дефектов структуры и т.д.
Патент Великобритании 1 343 270: Способ измерения температуры, например, стальных пластин, окрашенных виниловыми красителями. Температура пластин определяется по изменениям их магнитной проницаемости и проводимости, которые воспринимаются индуктивным зондам, подключенным к генератору.
А.с. 550 572: Способ структуроскопии ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что контролируемое изделие подвергают взаимодействию с электроиндуктивным преобразователем магнитной проницаемости в электрические сигналы, по которым судят о результатах контроля, отличающийся тем, что с целью повышения достоверности определения усталостных изменений в структуре материала изделия, поверхность последнего сканируют преобразователем по заданной функции относительно места концентрации механических напряжений, регистрируют экстремумы относительного значения магнитной проницаемости и по их распределению судят об усталостных изменениях в структуре материала.
А.с. 438 922: Способ неразрушающего контроля физико-химических процессов в структурированных упруго-вязкопластичных системах, основанный на изменении магнитной воспримчивости, отличающийся тем, что с целью повышения точности определения нормальной густоты водных растворов вяжущих веществ, изменяют во времени изменения удельной магнитной воспримчивости и по максимальному значению ее судят о готовности продукта.
Существует ряд веществ, в которых квантовые эффекты межатомных взаимодействий приводят к появлению специфических магнитных свойств.
8.1.3. Наиболее интересное свойство - ферромагнетизм. Оно характерно для группы веществ в твердом кристаллическом состоянии (ферромагнетиков), характеризующихся параллельной ориентацией магнитных моментов атомных носителей магнетизма.
Параллельная ориентация магнитных моментов существует в довольно больших участках вещества - доменах. Суммарные магнитные моменты отдельных доменов имеют очень большую величину, однако сами доменты обычно ориентированы в веществе хаотично. При наложении магнитного поля происходит ориентация доменов, что приводит к возникновению суммарного магнитного момента у всего обьема ферромагнетика, и, как следствие, к его наманичиванию.
А.с. 540 299: Постоянный магнит, содержащий одноименные частицы, отличающийся тем, что с целью повышения коэрицитивной силы, в качестве доменов использованы отрезки литого микропровода в стеклянной изоляции, каждый из которых содержит один микрокристал.
Естественно, что ферромагнетики, как и парамагнетики, перемещаются в ту точку поля, где напряженность максимальная (втягиваются в магнитное поле). Из-за большой величины магнитной проницаемости сила, действующая на них, гораздо больше.
А.с. 512 224: 1- Способ склеивания ферромагнитных материалов, включающий операцию нанесения клея на склеиваемые поверхности, соединение поверхностей, полного отвердения клея, отличающийся тем, что с целью уничтожения прочности склеивания, в период открытой выдержки раздельно проводят обработку каждой из двух склеиваемых поверхностей с нанесенным на них слоя клея постоянными магнитными полями противоположной полярности с напряженностью от 500 до 700 эротед.
2- Способ по п.1, отличающийся тем, что в период отверждения на клеевой шов воздействуют магнитным полем, совпадающим по направлению с полем остаточного магнетизма.
А.с. 185 003: Способ обработки внутренних поверхностей труб, включающий операции по введению внутрь трубы абразива ввиде мелкозернистого или порошкобразного вещества высокой твердости, перемещения этого абразива относительно внутренней поверхности трубы при их взаимном контакте и последующего извлечения из трубы полученного порошкообразного продукта, отличающийся тем, что с целью улучшения качества обработки трубы и для ее нагрева, феромагнитный абразив после его введения внутрь трубы подвергается воздействию вращающегося электромагнитного поля, созданного вокруг трубы.
Здесь используется эффект втягивания ферромагнетика в то место поля, где магнитные силовые линии "гуще"; так как поле вращается, то вращаются и частицы.
8.1.3.1. Существование доменов в ферромагнетиках возможны только ниже определенной температуры (ТОЧКА КЮРИ). Выше точки Кюри тепловое движение нарушает упорядоченную структуру доменов и ферромагнетик становится обычным парамагнетиком.
Патент ФРГ 1 243 791: Термолюминисцентный дозиметр, содержащий дозиметрический элемент, заключенный в герметизированную прозрачную камеру и снабженный носителем люминисцентного материала, нагреваемый индукционным путем, отличающийся тем, что носитель содержит ферромагнитный материал, точка Кюри которого, характеризующие фазовый переход второго рода, соответствуют определенной максимальной температуре.
Диапазон температур Кюри для ферромагнетиков очень широк: у радолиния температура Кюри 20 C, для читого железа - 1043 К. Практически всегда можно подобрать вещество с нужной температурой Кюри.
А.с. 266 029: Магнитная муфта скольжения, содержащая корпус и многополюсный ротор с постоянными магнитами, отличающаяся тем, что с целью автоматического включения муфты при заданной температуре, она снабжена шунтами, установленными между полюсами ротора и выполненного из термореактивного материала, имеющего характеристику магнитной проницаемости с точкой Кюри, соответствующей заданной температуре, а корпус и ротор изготовлены из материала сточкой Кюри, соответствующей температуре выше заданной.
При понижении температуры все парамагнетики, кроме тех у которых парамагнетизм обусловлен электронами проводимости, переходят либо в ферромагнитное, либо в антиферромагнитное состояние.
8.1.4. У некоторых веществ (хром, марганец) собственные магнитные моменты электронов ориентированы антипараллельно (навстречу) друг другу. Такая ориентация охватывает соседние атомы и их магнитные моменты компенсируют друг друга. В результате антиферромагнетики обладают крайне малой магнитной воспримчивостью и ведут себя как очень слабые парамагнетики.
8.1.4.1. Для антиферромагнетиков также существует температура, при которой антипараллельная ориентация спинов исчезает. Эта температура называется антиферромагнитной точкой Кюри или точкой Нееля.
У некоторых ферромагнетиков (эрбин, диоброзин, сплавов марганца и меди) таких температур две (верхняя и нижняя точка Нееля), причем антиферромагнитные свойства наблюдаются только при промежуточных температурах. Выше верхней точки вещество ведет себя как парамагнетик, а при температурах меньших нижней точки Нееля, становится ферромагнетиком.