电性质的物质
压电
一些固体,特别是某些晶体,永久电极化。当受到其他晶体成为电极化压力。在电极化,正面的中心负责在一个原子,分子或晶格略有元素分离负电荷的中心。压电(照字面意义是“压力电力”)是观察是否应用于压力固体,例如,通过弯曲、扭转或挤压。如果一个薄片石英被压缩在两个电极,出现电位差;相反,如果插入一个石英晶体电场,由此产生的压力改变维。压电负责的精度时钟和手表配备石英振荡器。它还用于电动吉他和各种其他乐器将机械振动转换成相应的电信号,然后放大和转换为声音声扬声器。
压力下的一个水晶展品直接压电效应;一个极化P与压力成比例,生产。逆效应,应用电场产生失真的晶体,由一个表示应变与应用领域成正比。压电的基本方程P=d×压力和E=应变/d。的压电系数d(米/伏特)约3×10−12石英、5×10−−11为磷酸二氢铵,3×10−10为锆钛酸铅。
对于一个弹性体,strain-i.e压力成正比,压力=Ye×应变。比例常数系数弹性Ye,也叫杨氏模量英国物理学家的托马斯年轻。使用关系,诱导极化可以写成P=dYe×应变,而所需的压力保持压力恒定时,晶体在电场压力=−dYeE。变形弹性体的应变是身体的部分维度的变化在不同的方向;的压力是沿着不同方向的内部压力。两者都是二流张量,由于电场和极化向量压电的详细的治疗是复杂的。上面的方程过于简单化,但可用于晶体在某些方向。
负责压电极化效应源于小位移的离子在晶格。这样的效果是没有找到在晶体中心对称。直接影响可能非常强;一个潜在的V=Yedδ/ε0K生成晶体的压缩量δ,哪里K是介电常数。如果铅钛酸锆酸盐被放置在两个电极和一个压力导致减少1毫米,只有把机器产生一个100000伏的潜力。使用直接影响,例如,产生电火花点燃天然气在加热装置或户外烹饪烤架。
在实践中,逆压电效应,发生在外部电场改变晶体的尺寸,是小的,因为电场,可以在实验室里生成微小相比现有的自然物质。静电场的106伏特每米生产的改变只在1厘米的长度约0.001毫米石英晶体。效果可以增强应用程序的一个交变电场的频率一样的自然机械振动频率晶体。许多晶体品质因数问几百名,石英,价值可以106。结果是一个压电系数的一个因素问高于静态电场。非常大的问石英是利用电子振荡器电路中做出非常准确的钟表。机械振动,可以诱导晶体的逆压电效应也用于生成超声波,这是声音的频率远高于频率声音的人耳以上20赫兹。反射的声音可检测的直接影响。这些影响超声波的基础系统用于理解的深度湖泊水道和定位鱼。超声发现应用程序中医学成像(例如,胎儿监测和检测异常等前列腺肿瘤)。超声波的使用可以产生详细的照片器官和其他内部结构,因为变化反射的声音从各种各样的身体组织。的高分子塑料薄膜的压电系数约为10−11米/伏开发并有大量的应用程序作为压力传感器。
光电现象
的折射率n的透明的物质与电极化率,是由n2= 1 +χe/ε0。正如前面所讨论的,χe是电极化率一个中等,方程P=χeE与介质的极化电场应用。对大多数物质,χe不是一个常数独立的价值电场,而是一个小程度上取决于字段的值。因此,指数折射可以通过改变外部电场中。在液体,眼镜,晶体的中心对称,变化通常是非常小的。被称为克尔效应(以其发现者,苏格兰物理学家约翰·克尔),它正比于外加电场的平方。noncentrosymmetric晶体的折射率的变化n通常是更大;它应用线性依赖于电场和被称为泡克耳斯效应(在德国的物理学家f·r·波克尔斯)。
不同电场作用于介质将调整其折射率。这种折射率的改变可以用来调节光并使其携带信息。一个水晶广泛用于其泡克耳斯效应磷酸二氢钾,好光学即使在属性和低介电损失微波频率。
克尔效应存在于大得不寻常硝基苯,一个液体具有“偏心”分子有大电偶极子的时刻。应用外部电场部分对齐否则随机取向偶极矩和极大增强了在折射率场的影响。光通过硝基苯的路径的长度可以调整容易,因为它是一种液体。
热电
当两个金属被放置在电接触,电子流出的一个电子不绑定到另一个。绑定是衡量所谓的位置费米能级在金属的电子;级别越高,低是绑定。费米能级代表的界定能源在传导之间的一个金属乐队能级被电子和空置。一个电子的能量在−费米能级W相对于自由电子在金属。两者之间电子的流动导体联系一直持续到变化静电势将两种金属的费米水平(W1和W2相同的值。这种静电势叫做接触电势ϕ12,是由eϕ12=W1−W2,在那里e是1.6×10−19库仑。
如果一个封闭电路是由两种不同的金属,将没有网络电动势在电路因为这两个潜力反对对方,没有联系当前的将流。将会有一个当前的连接之一是如果温度的提高对第二。有一个净电动势产生电路,因为它不太可能,两种金属的费米水平相同温度依赖。保持温度的差异,热必须输入热接点和离开冷端;这是符合当前的事实可以用来做机械工作。的生成热结叫做电动势塞贝克效应(Estonian-born后德国物理学家托马斯•约翰•塞贝克)。的电动势是大约线性温差两种不同金属连接,称为热电偶。热电偶由铁和康铜(一个合金60%的铜和40%镍),电动势大约5毫伏当冷端温度在0°C和热结在100°C的主要应用之一的塞贝克效应的测量温度。介质的化学性质,温度的测量,和所需的灵敏度规定热电偶的组件的选择。
的吸收或释放的热在一个交叉路口有一个电流被称为珀尔帖效应(在法国物理学家查尔斯珀尔帖效应)。塞贝克和珀尔帖效应也发生在金属和之间的连接半导体和两个半导体之间的交界处。半导体的发展热电偶(例如,那些组成的n类型和p类型铋碲化)已经使用珀尔帖效应的实际制冷。集这些热电偶通过电力连接在一起的并行系列和热。当电流流动,温度差异,这取决于当前,发展两者之间的连接。如果热接点的温度保存通过移除热量低,第二个结可以数万度和作为冰箱。珀尔帖冰箱是用来冷却小机构;他们是紧凑的,没有机械运动部件,可保持精确和稳定的温度调节。他们工作在许多应用程序中,,例如,保持样品的温度恒定,而上显微镜阶段。
热电子发射
一个金属包含移动电子部分能源levels-i.e满带。导带。这些电子,尽管移动金属内,相当紧密地绑定到它。所需的能量释放一个移动电子从金属从约1.5到6电子伏特根据金属。在热电子发射,一些电子获得足够的能量从热碰撞到逃离金属。所发射的电子的数量,因此当前主要依靠的是热电子发射温度。
在金属导带水平都塞满了费米能级,坐落在一个能源−W相对于自由电子在金属。的功函数的金属,移去一个电子所需要的能量的金属,因此等于W。在1000 K温度只有一小部分移动电子足够的能量来逃脱。能逃脱的电子在金属移动如此之快,如此高的动能,周期性的影响造成潜在的金属晶格的原子。他们像电子困在一个地区持续的潜力。正因为如此,当电子的速度逃离计算金属,金属的详细结构对最终的结果没有影响。一个公式被称为理查森定律(由英国物理学家首先提出欧文•理查森(george w . bush)所有金属)大概是有效的。通常是表达发射电流密度(J),
在安培每平方米。的波尔兹曼常数k值8.62×10吗−5电子伏特每开尔文和温度T在开尔文。常数一个是1.2×106安培度的平方每平方米,为不同的金属和略有不同。为钨,功函数W4.5电子伏特的价值一个是7×105安培每平方米开尔文方和电流密度T相当于2400 K是0.14安培/平方厘米。J随温度迅速上升。如果T增加到2600 K,J上升到0.9安培/平方厘米。钨不发出明显在2000 K以下(少于0.05毫安/平方厘米),因为它的功函数相比4.5电子伏很大热能kT,这是只有0.16电子伏特。在1000 K的混合物钡和锶氧化物大约1.3电子伏特的功函数,是一个相当良好的导体。电流的几个安培每平方厘米可以从氧化物阴极,但实际上电流密度一般小于0.2安培/平方厘米。氧化层迅速恶化时更高的电流密度。
二次电子发射
如果电子10至1000电子伏特能量达成金属表面在真空中,他们的能量是迷失在碰撞在表面附近的一个地区,大部分转移到其他电子在金属。因为这发生在地表附近,其中一些可能被逐出电子金属,形成二次发射电流。次要的比率电子入射电子被称为二次发射系数。low-incident能量(低于大约一个电子伏特),主要倾向于反映和二次电子发射系数近了团结。随着能源、系数起初下跌,然后在大约10电子伏特开始再次上升,通常2和4之间达到的高峰值几百电子伏特的能量。在更高的能量,主要电子穿透远低于表面失去能量,激发电子之前没有到达表面和逃离的机会。二次发射系数下降,当电子能量超过20 kiloelectron伏,通常远低于统一。二次发射也可以发生在绝缘体。因为许多绝缘体有相当高的二次发射系数,较高的二次发射时通常很有用收益率需要外套金属吗电极与薄绝缘子层数原子厚。