材料物理性能.
- 格式:doc
- 大小:1.29 MB
- 文档页数:13
铁电性:电偶极子由于它们的相互作用而产生的自发平行排列的现象。
屈服极限:中档应力足够大,材料开始发生塑性变形,产生塑性变形的最小应力。
延展性:指材料受塑性形变而不破坏的能力。
构建的受力模型:拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲塑性形变:指外力移去后不能恢复的形变。
热膨胀:物体的体积或长度随着温度的升高而增加的现象称为热膨胀,本质是点阵结构中质点的平均距离随温度升高而增大。
色散:材料的折射率随入射光频率的减小而减小的性质。
抗热震性:是指材料承受温度的剧烈变化而抵抗破坏的能力。
蠕变:对材料施加恒定应力时。
应变随时间的增加而增加,这种现象叫蠕变。
此时弹性模量也将随时间的增加而减少。
弛豫:对材料施加恒定应变,应力随时间减少的现象,此时弹性模量也随时间而降低。
滞弹性:对于理想弹性固体,作用应力会立即引起弹性形变,一旦应力消除,应变也随之消除。
对于实际固体,这种应变的产生和消除需要一定的时间,这种性质叫滞弹性。
粘弹性:有些材料在比较小的应力作用下可以同时表现出弹性和粘性。
虎克定律:材料在正常温度下,当应力不大时其变形是单纯的弹性变形,应力与应变的关系由实验建立。
晶格滑移:晶体受力时,晶体的一部分相对于另一部分发生平移滑动。
应力:单位面积上所受的内力。
形变:材料在外力作用下,发生形状和大小的变化。
应变:物质内部各质点之间的相对位移。
本征电导:由晶体点阵的基本离子运动引起。
离子自身随热运动离开晶格形成热缺陷,缺陷本身是带电的,可作为离子电导截流子,又叫固有离子电导,在高温下显著。
杂质电导:由固定较弱的离子的运动造成,主要是杂质离子。
在低温下显著。
杂质电导率要比本征电导率大得多。
离子晶体的电导主要为杂质电导。
热电效应:自发极化电矩吸附异性电荷,异性电荷屏蔽自发极化电场而自发极化对温度影响当温度变化时释放出电荷。
极化:在外电场作用下,介质内质点政府电荷重心的分离,并转变为偶极子,即电介质在电场作用下产生感应电荷的现象.自发极化:这种极化状态并非由外加电场所引起而是由晶体内部结构特点所引起。
材料物理性能材料的物理性能是指材料在受力、受热、受光、受电、受磁等外界作用下所表现出的性质和特点。
它是材料的内在本质,直接影响着材料的使用性能和应用范围。
材料的物理性能包括了热学性能、光学性能、电学性能、磁学性能等多个方面。
首先,热学性能是材料的一个重要物理性能指标。
热学性能包括导热性、热膨胀性和热稳定性等。
导热性是指材料传导热量的能力,通常用热导率来表示。
热膨胀性是指材料在温度变化下的体积变化情况,通常用线膨胀系数来表示。
热稳定性是指材料在高温环境下的性能表现,包括了热变形温度、热老化等指标。
这些性能对于材料在高温环境下的应用具有重要意义。
其次,光学性能是材料的另一个重要物理性能。
光学性能包括透光性、反射率、折射率等指标。
透光性是指材料对光的透过程度,通常用透光率来表示。
反射率是指材料对光的反射程度,通常用反射率来表示。
折射率是指材料对光的折射程度,通常用折射率来表示。
这些性能对于材料在光学器件、光学仪器等领域的应用具有重要意义。
此外,电学性能是材料的另一个重要物理性能。
电学性能包括导电性、介电常数、电阻率等指标。
导电性是指材料导电的能力,通常用电导率来表示。
介电常数是指材料在电场中的极化能力,通常用介电常数来表示。
电阻率是指材料对电流的阻碍程度,通常用电阻率来表示。
这些性能对于材料在电子器件、电气设备等领域的应用具有重要意义。
最后,磁学性能是材料的另一个重要物理性能。
磁学性能包括磁导率、磁饱和磁化强度、矫顽力等指标。
磁导率是指材料对磁场的导磁能力,通常用磁导率来表示。
磁饱和磁化强度是指材料在外磁场作用下的最大磁化强度,通常用磁饱和磁化强度来表示。
矫顽力是指材料在外磁场作用下的抗磁化能力,通常用矫顽力来表示。
这些性能对于材料在磁性材料、电机、传感器等领域的应用具有重要意义。
综上所述,材料的物理性能是材料的重要特性,直接影响着材料的使用性能和应用范围。
不同类型的材料具有不同的物理性能,因此在材料选择和应用过程中,需要充分考虑材料的物理性能指标,以确保材料能够满足特定的使用要求。
<<材料物理性能>>基本要求(一)一,基本概念:1.摩尔热容: 使1摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下,温度升高1K所需要的热量称为摩尔热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
2.比热容:质量为1kg的物质在没有相变和化学反应的条件下,温度升高1K所需要的热量称为比热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
3.比容:单位质量(即1kg物质)的体积,即密度的倒数(m3/kg)。
4.格波:由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用,因此晶格中一个质点的微振动会引起临近质点随之振动。
因相邻质点间的振动存在着一定的位相差,故晶格振动会在晶体中以弹性波的形式传播,而形成“格波”。
5.声子(Phonon): 声子是中集体激发的准粒子,就是振动中的简谐振子的能量量子。
6.德拜特征温度: 德拜模型认为:晶体对热容的贡献主要是低频弹性波的振动,声频支的频率具有0~ωmax分布,其中,最大频率所对应的温度即为德拜温度θD,即θD=ћωmax/k。
7.示差热分析法(Differential Thermal Analysis, DTA ): 是在测定热分析曲线(即加热温度T与加热时间t的关系曲线)的同时,利用示差热电偶测定加热(或冷却)过程中待测试样和试样的温度差随温度或时间变化的关系曲线ΔT~T(t),从而对材料组织结构进行分析的一种技术。
8.示差扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC): 用示差方法测量加热或冷却过程中,将试样和样的温度差保持为零时,所需要补充的热量与温度或时间的关系。
9.热稳定性(抗热振性):材料承受温度的急剧变化(热冲击)而不致破坏的能力。
10.塞贝克效应:当两种不同的导体组成一个闭合回路时,若在两接头处存在温度差则回路中将有电势及电流产生,这种现象称为塞贝克效应。
11.玻尔帖效应:当有电流通过两个不同导体组成的回路时,除产生不可逆的焦耳热外,还要在两接头处出现吸热或放出热量Q的现象。
2.杜隆-珀替定律(元素的热容定律):恒压下元素的原子热容为25/(K.mol);热容与温度无关奈曼-柯普定律化合物的热容定律:化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。
4.5.热膨胀与化学键关系:对分子晶体,分子间是弱的范德华力作用,膨胀系数大;共价键的材料如金刚石作用力很强,对高聚物沿链方向共价键连接,垂直链的方向近邻分子间是弱范德华力因此结晶高聚物和取向高聚物热膨胀有很大各向异性,高聚物热膨胀系数比金属高7.钢中A、M、F热膨胀系数大小:A>F>M8.Me对膨胀系数的影响:主要取决于形成K还是固溶于F中,前者使α增大后者减小。
9.金属、高聚物、无机非金属热传导大小和传导机制:热导率λ是指单位温度梯度下,单位时间内通过单位垂直面积的热量。
金属中有大量质量很轻的自由电子,能迅速传递热,无机非金属中自由电子很少,晶格振动是主要导热机制,低温声子导热(声频支格波—弹性波—声波—声子),高温时光子导热;绝缘材料声子导热;高聚物声子热传导机制在低温区,随着温度升高,λ增大;温度升至玻璃化温度时,λ出现极大值;温度高于玻璃化温度后,由于分子排列变得越来越疏松,λ也越来越小。
10.晶体中缺陷、杂质如何影响热导率:引起格波散射等效于声子平均自由程减小→↓λ11.固溶体中溶质含量、性质如何影响热导率:溶质元素的质量大小与溶剂元素相差愈大取代后结合力改变愈大,对λ影响愈大,低温时影响随T↑而↑,T高于0.5德拜温度时,与T 无关原因:低温下声子传导的平均波长远大于点缺陷的线度,不引起散射,T↑平均波长↓→接近点缺陷线度→散射达到最大,再升温散射也不变化12.抗热冲击断裂:抵抗无机材料发生瞬时断裂的性能抗热冲击损伤:抵抗材料在热冲击循环作用下表面发生开裂剥落以致最终破裂或变质的性能13.多相材料产生热应力原因:不同相有不同膨胀系数,温度变化各相膨胀收缩量不同而相互牵制产生热应力14.提高抗热冲击断裂措施:①↑材料强度σ↓弹性模量E,使σ/E↑,即提高材料的柔韧性能吸收较多的弹性应变能而不开裂,↑热稳定性②↑热导率λ,使R’↑,λ大→传热快→内外温差较快平衡,↓热应力聚集③↓热膨胀系数α④↓表面热传递系数h⑤↓产品有效厚度15.差热分析法(DTA):在程序控制温度下将被测材料与参比物在相同条件下加热或冷却,测量试样与参比物之间温差随温度、时间的变化关系。
1.根据受力应变特征材料分为:脆性材料,延性材料,弹性材料。
2.材料受载荷后形变的三个阶段:弹性形变,塑形形变,断裂3.弹性模量:材料在弹性变形阶段内正应力和对应的正应变的比值。
意义:反映材料抵抗应变的能力,是原子间结合强度的标志。
影响因素〔键合方式,晶体结构,温度,复相的弹性模量〕。
机理:对于足够小的形变应力与应变成线性关系,系数为弹性模量,物理本质是原子间结合力抵抗外力的宏观表现,弹性系数和弹性模量是反映原子间结合强度的标志。
4.滞弹性:固体材料的应变产生与消除需要有限的时间,这种与时间有关的弹性称为滞弹性。
衡量指标:应力弛豫和应力蠕变。
应力弛豫:在持续外力作用下发生形变的物体在总变形值保持不变的情况下,徐变变形增加使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少的现象。
应力蠕变:固体材料在恒定荷载下变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程。
5.塑性形变指一种在外力移去后不能回复的形变。
滑移系统:滑移方向和滑移面。
产生条件:a-〔几何条件〕面间距大滑移矢量小b〔静电条件〕每个面上是同种电荷原子,相对滑移面上的电荷相反。
无机非材料不产生原因:a.滑移系统少;b.〔位错运动激活能大〕位错运动需要克服的势垒比拟大,位错运动难以实现。
施加应力,或者由于滑移系统少无法到达临界剪应力,或者在到达临界剪应力之前就导致断裂;c.伯格斯矢量大。
6.高温蠕变定义:材料在高温下长时间受到小应力作用出现蠕变现象。
影响因素:温度和应力。
机理:a晶格机理〔位错攀移理论,由于热运动位错线处一列原子移去或移入,位错线向上移一个滑移面。
〕b扩散蠕变理论〔空位扩散流动,应力造成浓度差,导致晶粒沿受拉方向伸长或缩短引起形变〕c晶界机理〔多晶体蠕变,高温下晶界相对滑动,剪应力松弛,有利蠕变。
低温下晶界本身是位错源,不利蠕变〕7.理论断裂强度:理论下材料所能承受的最大应力。
实际强度:实际情况中材料在外加应力作用下,沿垂直外力方向拉断所需应力。
8.断裂韧性:是材料的固有性能,由材料的组成和显微结构所决定,是材料的本征参数。
材料物理性能1. 引言材料物理性能是指材料在物理方面的性能特征与表现,包括其力学性能、热学性能、电学性能等。
了解材料的物理性能能够帮助我们选择合适的材料,预测材料的行为以及进行工程设计和优化。
2. 力学性能2.1 弹性模量弹性模量是材料在受力作用下产生弹性变形的能力,一般表示为杨氏模量(Young’s modulus)、剪切模量(Shear modulus)和泊松比(Poisson ratio)。
- 杨氏模量描述了材料在受拉或受压时的弹性性能,可以算作是应力与应变之间的比例系数。
- 剪切模量衡量了材料在受剪切力作用下的变形能力。
- 泊松比描述了材料在受力作用下,在两个垂直于受力方向的平面上的变形比例。
2.2 强度强度是指材料在承受外力作用下能够抵抗变形和破坏的能力。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。
不同类型的力学性能指标适用于不同的应用场景。
2.3 脆性和韧性脆性是指材料在受力作用下容易发生断裂的性质,表现为材料的断裂韧度较低;韧性是指材料在受力作用下能够发生塑性变形而不断裂的性质,表现为材料的断裂韧度较高。
脆性和韧性是相对的,不同材料的脆性和韧性特点不同。
3. 热学性能3.1 热膨胀系数热膨胀系数描述了材料在温度变化下的对长度、体积或密度的变化率。
材料的热膨胀系数可以影响它在温度变化下的热膨胀或收缩行为。
3.2 热导率热导率是指材料传导热量的能力,表示的是单位时间内单位温度差下,通过单位横截面积所传导的热量。
热导率可以用于描述材料的导热性能。
3.3 热容量热容量是指材料在受热时吸收热量的能力,以及在冷却时释放热量的能力。
热容量可以用于描述材料在温度变化下的热稳定性和热响应行为。
4. 电学性能4.1 电导率电导率是指材料导电的能力,表示单位长度内单位面积上的电流。
电导率可以用于描述材料的导电性能。
4.2 介电常数介电常数是指材料对电场的响应能力,表示单位电场下单位体积内储存能量的能力。
§1 材料物理性能1.1 热学性能1.1.1 热容热容是表征材料从周围环境吸收并储存热量的能力,可以用每一摩尔物质温度每升高1K时所吸收的热量来表示,单位为:J/mol/K。
定压热容Cp :Cp = dQ/dT (p=p0)定容热容Cv :Cv = dQ/dT (v=v0)1.1.2 热传导热传导是表征材料传热能力大小的,用热传导率λ表示,单位为W/m/K:q = -λdT/dx式中,q ------ 单位时间内流过垂直于热流方向的单位面积的热量,单位为W/m2;dT/dx ------ 温度梯度,单位为K/m。
热传导的本质是由于温差而发生的材料相邻部分之间的能量迁移,可以通过三种方式进行:自由电子传导、晶格振动传导和分子或链段传导。
金属材料的热传导主要是通过自由电子在晶体中的自由迁移实现的,因此具有较高的热导率,约为20-400 W/m/K。
无机非金属材料主要是通过离子键、共价键结合,电子迁移困难,其热传导主要通过晶格振动实现,一般热导率低,约为2-50 W/m/K,是良好的绝热材料。
玻璃的原子排列远程无序,因此热导率更低。
高分子材料的传热主要是通过分子或链段的振动实现,速度慢,因此其热导率更低。
1.1.3 热膨胀系数热膨胀系数是用来表征材料热胀冷缩特性的,其定义为:温度变化1K时材料单位长度(线膨胀系数αl)或单位体积(体积膨胀系数αv)变化量,单位为1/K:αl = (dl/dT)p/lαv = (dv/dT)p/v对于各向同性材料,αv=3αl 。
热膨胀系数主要取决于原子(或分子、链段)之间的结合力,结合力越大,则热膨胀系数越小。
无机非金属材料原子间结合力大,热膨胀系数最小,约0.5-15 /106K;金属材料次之,约为5-25 /106K;高分子材料以分子间力结合,结合力小,有很大的热膨胀系数,约为50-300 /106K。
在温度作用下,材料热膨胀系数的巨大差异往往会引起很大的应力,从而导致材料界面开裂,材料失效。
※ 材料的导电性能1、 霍尔效应电子电导的特征是具有霍尔效应。
置于磁场中的静止载流导体,当它的电流方向与磁场方向不一致时,载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势差,这种现象称霍尔效应。
形成的电场EH ,称为霍尔场。
表征霍尔场的物理参数称为霍尔系数,定义为:霍尔系数RH 有如下表达式:en R i H 1±= 表示霍尔效应的强弱。
霍尔系数只与金属中自由电子密度有关 2、 金属的导电机制只有在费密面附近能级的电子才能对导电做出贡献。
利用能带理论严格导出电导率表达式:式中: nef 表示单位体积内实际参加传导过程的电子数;m *为电子的有效质量,它是考虑晶体点阵对电场作用的结果。
此式不仅适用于金属,也适用于非金属。
能完整地反映晶体导电的物理本质。
量子力学可以证明,当电子波在绝对零度下通过一个完整的晶体点阵时,它将不受散射而无阻碍的传播,这时电阻为零。
只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方,电子波才受到散射(不相干散射),这就会产生电阻——金属产生电阻的根本原因。
由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示),以及晶体中异类原子、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。
这样,电子波在这些地方发生散射而产生电阻,降低导电性。
3、 马西森定律 (P94题11) 试说明用电阻法研究金属的晶体缺陷(冷加工或高温淬火)时威慑年电阻测量要在低温下进行。
马西森(Matthissen )和沃格特(V ogt )早期根据对金属固溶体中的溶质原子的浓度较小,以致于可以略去它们之间的相互影响,把金属的电阻看成由金属的基本电阻ρL(T)和残余电阻ρʹ组成,这就是马西森定律( Matthissen Rule ),用下式表示:ρʹ是与杂质的浓度、电缺陷和位错有关的电阻率。
ρL(T)是与温度有关的电阻率。
4、 电阻率与温度的关系金属的温度愈高,电阻也愈大。
若以ρ0和ρt 表示金属在0 ℃和T ℃温度下的电阻率,则电阻与温度关系为:在t 温度下金属的电阻温度系数:5、 电阻率与压力的关系在流体静压压缩时,大多数金属的电阻率降低。
在流体静压下金属的电阻率可用下式计算式中:ρ0表示在真空条件下的电阻率;p 表示压力;φ是压力系数(负值10-5~10-6 )。
正常金属(铁、钴、镍、钯、铂等),压力增大,金属电阻率下降;反常金属(碱土金属和稀土金属的大部分)6、 缺陷对电阻率的影响:不同类型的缺陷对电阻率的影响程度不同,空位和间隙原子对剩余电阻率的影响和金属杂质原子的影响相似。
点缺陷所引起的剩余电阻率变化远比线缺陷的影响大。
7、固溶体的电阻率形成固溶体时电阻率的变化:当形成固溶体时,合金导电性能降低。
因为在溶剂晶格中溶入溶质原于时,溶剂的晶格发生扭曲畸变,破坏了晶格势场的周期性,从而增加了电子散射几率,电阻率增高。
所当然的,且原于半径差越大,固溶体电阻也越大。
但是,点阵畸变不是固溶体电阻增大的唯一原因。
有序合金电阻率(会分析电阻率的变化)两个因素:固溶体有序化合金组元化学作用加强电子结合更强导电电子数减少电阻率增加固溶体有序化离子势场更为对称电子散射几率大幅降低电阻率减小通常,第二个因素的作用占优势,故当合金有序化时,电阻率降低。
8、晶体离子电导离子电导是带电荷的离子载流子在电场作用下的定向运动。
离子电导分两种情况:本征电导(固有离子电导)、杂质电导。
本征电导:组成晶体点阵的基本离子由于热运动而离开晶格,形成热缺陷,这种热缺陷无论是离子或空位都可以在电场作用下成为导电的载流子,参与导电。
杂质电导:由固定相对较弱的离子运动引起的,主要是杂质离子。
一般情况下,由于杂质离子与晶格联系弱,所以,在较低温度下杂质电导表现显著,而本征电导在高温下才成为导电主要表现。
热缺陷的浓度取决于温度和缺陷的形成能。
离子导电的影响因素:1)温度的影响:温度以指数形式影响其电导率。
随着温度从低温向高温增加,其电阻率的对数的斜率会发生变化,即出现拐点。
注意,在分析右曲线时,拐点并不一定是离子导电机制变化,也可能是导电载流子种类发生变化。
2)离子性质、晶体结构的影响(会判断):晶体熔点高,原子之间的结合力大,导电激活能高,电导率降低。
9、半导体(用能带结构理论解释n、p型半导体的区别)特点:(p型)靠近价带顶部形成受主能级。
(n型)靠近倒带底部形成施主能级。
10、超导体超导体的两个物理特性:完全导电性、完全抗磁性。
两类超导体的基本特征:(1)第一类超导体:Hc 和Ic 很低,由于其临界电流密度和临界磁场较低,几乎没有实用的可能性。
(2)第二类超导体:除金属元素钒、锝和铌外,第II类超导体主要包括金属化合物及其合金。
库柏(Cooper)电子对当电子间有净的吸引作用时,费密面附近的两个电子将形成束缚的电子对的状态,它的能量比两个独立的电子的总能量低,这种电子对状态称为库柏对。
11、电阻的测量方法及应用(特点、适用范围,会选择)A. 电桥法 测量直流电阻最常用的方法优点:测量的准确度几乎等于标准量的准确度。
缺点:测量过程中,为获得平衡状态,需进行反复调节,测试速度慢,不能适应大量、快速测量的需要。
直流单电桥测电阻的范围在1Ω~1MΩ之间。
双臂电桥(凯尔文电桥),测量直流小电阻。
B. 电位差计法 优点:测金属电阻随温度变化时 C. 直流四探针法(四电极法) 主要用于半导体材料或超导体等低电阻率的测试 D. 电阻法 测量固溶体溶解度曲线、研究合金时效、研究马氏体转变、研究疲劳和裂纹扩展、研究有序转变、钢的回火及过冷奥氏体分解等。
※ 材料的介电性能1、 相对介电常数 εr = C/Co 物理意义:反映了电介质材料在静电场中的极化特性2、 电介质:通常指电阻率大于1010Ω·cm 的一类在电场中以感应而并非传导的方式呈现其电学性能的材料。
在电场作用下建立极化的物质。
介电常数ε是表征电介质的最基本的参量。
3、 电介质的极化:在电场作用下,正、负束缚电荷只能在微观尺度上作相对位移,不能作定向运动。
正负束缚电荷间的相对偏移,产生感应偶极矩。
在外电场作用下, 电介质内部感生偶极矩的现象,称为电介质的极化。
4、 电介质的极化机制注意:铁电体中自发极化的产生是不需要外加电场诱导的,完全是由特殊晶体结构诱发的。
极化强度:电介质在电场作用下的极化程度用极化强度矢量P 表示,极化强度P 是电介质单位体积内的感生偶极矩,可表示为: 单位为库仑/米2 (C/m 2)说明:(1) 真空中 P = 0 ,真空中无电介质。
(2) 导体内 P = 0 ,导体内不存在电偶极子。
(3) 电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的程度,排列愈有序说明极化愈烈。
介电系数是综合反映介质内部电极化行为的一个主要宏观物理量。
5、 电介质极化类型(包括电子位移极化、);驰豫极化(电子驰豫极化、离子驰豫极化);取向极化;空间电荷极化。
弹性位移极化(瞬时极化)(1) 电子位移极化:在外电场作用下,原于外围的电子轨道相对于原子核发生位移,原子中的正、负电荷重心产生相对位移。
响应时间为10-14~10-16 S 可见光频段(2) 离子位移极化:离子在电场作用下偏移平衡位置的移动,相当于形成一个感生偶极矩;也可以理解为离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长。
响应时间为10-12~10-13 S 微波频段 注:只有当分子结构有极化时,离子的位移极化才表现的较为突出,在无极性分子中离子位移极化率很小,这时仍以电子极化为主。
驰豫(松弛)极化概念:当材料中存在着弱联系的电子、离子和偶极子等弛豫质点时,温度造成的热运动使这些质点分布混乱,而电场使它们有序分布,平衡时建立了极化状态。
这种极化具有统计性质,称为热弛豫(松弛)极化。
特点: (1)与热运动有关; (2)极化需要克服一定的势垒,因而需要消耗一定的能量。
是非弹性的;(3)不可逆; (4)带电质点热运动距离远。
V P ∆=∑μlim包括: (1) 电子驰豫极化αeT响应时间为10-2~10-9 S(2)离子驰豫极化αaT 响应时间为10-2~10-5S 无线电频率 取向(转向)极化概念:指极性介电体的分子偶极矩在外电场作用下,沿外施电场方向转向,而产生宏观偶极矩的极化。
注:介质中存在固有电矩。
响应时间为10-2~10-10S 无线电频率空间电荷极化概念:离子多晶体的晶界处、晶体缺陷、微区夹层与不均质结构等存在空间电荷,这些混乱分布的空间电荷,在外电场作用下,趋向于有序化,即空间电荷的正负电荷质点分别向外电场的负、正极方向移动,从而表现为极化。
响应时间:大约几秒到数十分钟,甚至数十小时。
注:只对直流和低频下的强度有贡献。
6、 损耗因子(P141 题1)7、 压电效应(Piezoeletric effect)<单晶、多晶、陶瓷>压电性就是指某些晶体材料按所施加的机械应力成比例地产生电荷的能力。
正压电效应-----当对石英晶体在一定方向上施加机械应力时,在其两端表面上会出现数量相等、符号相反的束缚电荷;而且在一定范围内电荷密度与作用力成正比。
逆压电效应----石英晶体在一定方向的电场作用下,则会产生外形尺寸的变化,在一定范围内,其形变与电场强度成正比。
8、 石英晶体的压电性当石英晶体未受外力作用时,正、负离子正好分布在正六边形的顶角上,形成三个互成120°夹角的电偶极矩P 1、P 2、P 3。
如图(a)所示。
因为P = qL (q 为电荷量,L 为 正负电荷之间的距离),此时正负电荷中心重合,电偶极矩的 矢量和等于零,即 P 1+P 2+P 3=0所以晶体表面不产生电荷,呈电中性。
当晶体受到沿x 方向的压力(F x < 0)作用时,晶体沿x 方向将产生收缩,正、负离子的相对位置随之发生变化,如图(b)所示。
此时正、负电荷中心不再重合,电偶极矩P 1减小,P 2、P 3增大,它们在x 方向上的分量不再等于零: (P 1+P 2+P 3)x >0 在y 、z 方向上的分量为: (P 1+P 2+P 3)y = 0 (P 1+P 2+P 3)z = 0当晶体受到沿x 方向的拉力(F x >0)作用时,其变化情况如图(c)所示。
电偶极矩P 1增大, P 2、 P 3减小,此时它们在x 、y 、z 三个方向上的分量为 (P 1 +P 2 +P 3) x <0 (P 1+ P 2+ P 3)y =0 (P 1 +P 2 +P 3)z =0在x 轴的正向出现负电荷,在y 、z 方向依然不出现电荷。
可见,当晶体受到沿x(电轴)方向的力Fx 作用时,它在x 方向产生正压电效应,而y 、z 方向则不产生压电效应。
晶体在y 轴方向受力F y 作用下的情况与F x 相似。