Elektrostriktion

Inom elektromagnetism är elektrostriktion en egenskap hos alla elektriska icke- ledare , eller dielektriska ämnen , som får dem att ändra form under applicering av ett elektriskt fält . Det är magnetostriktionens dubbla egenskap .

Förklaring

Elektrostriktion är en egenskap hos alla dielektriska material och orsakas av förskjutning av joner i kristallgittret när de utsätts för ett externt elektriskt fält. Positiva joner kommer att förskjutas i fältets riktning, medan negativa joner kommer att förskjutas i motsatt riktning. Denna förskjutning kommer att ackumuleras i bulkmaterialet och resultera i en total töjning (förlängning) i fältets riktning. Tjockleken kommer att reduceras i de ortogonala riktningarna som kännetecknas av Poissons förhållande . Alla isoleringsmaterial som består av mer än en typ av atomer kommer att vara joniska till viss del på grund av atomernas skillnad i elektronegativitet och därför uppvisa elektrostriktion.

Den resulterande töjningen (förhållandet mellan deformation och den ursprungliga dimensionen) är proportionell mot kvadraten på polarisationen . Omkastning av det elektriska fältet ändrar inte riktningen för deformationen.

Mer formellt är elektrostriktionskoefficienten en fjärde rangstensor ( Q $\displaystyle Q_{ijkl}}$ ), som relaterar andra ordningens töjningstensor ( ${\displaystyle x_{ij}} )$ och den första -order elektrisk polarisationsdensitet ( $P_{m}$ ).

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

Den relaterade piezoelektriska effekten uppträder endast i en speciell klass av dielektrikum. Elektrostriktion gäller för alla kristallsymmetrier, medan den piezoelektriska effekten endast gäller de 20 piezoelektriska punktgrupperna . Elektrostriktion är en kvadratisk effekt, till skillnad från piezoelektricitet, som är en linjär effekt.

Material

Även om alla dielektrika uppvisar viss elektrostriktion, har vissa konstruerade keramer, känd som relaxor-ferroelektriker , utomordentligt höga elektrostriktiva konstanter. De vanligaste är

• blymagnesiumniobat (PMN)
• blymagnesiumniobat-blytitanat (PMN-PT)
• blylantanzirkonattitanat (PLZT)

Effektens storlek

Elektrostriktion kan ge en töjning på 0,1 % vid en fältstyrka på 2 miljoner volt per meter (2 MV/m) för materialet som kallas PMN-15 (TRS-webbplats listad i referenserna nedan). Effekten verkar vara kvadratisk vid låga fältstyrkor (upp till 0,3 MV/m) och ungefär linjär efter det, upp till en maximal fältstyrka på 4 MV/m [ . Därför drivs anordningar gjorda av sådana material normalt runt en förspänning för att bete sig nästan linjärt. Detta kommer förmodligen att leda till att deformationer leder till en förändring av elektrisk laddning, men detta är obekräftat.

Ansökningar

• Ekolodsprojektorer för ubåtar och ytfartyg
• Ställdon för små förskjutningar

Se även

• Magnetostriktion
• Fotoelasticitet
• Piezomagnetism
• Piezoelektricitet
• Relaxor ferroelektrisk

• "Elektrostriktion." Encyclopædia Britannica.
• Minidictionary of physics (1988) Oxford University Press
• "Electrostrictive Materials" från TRS Technologies
• "Elektroniska material" av Prof. Dr. Helmut Föll