Pyezoelektriklar

PYEZOELEKTRIKLAR
Ba’zi kristall dielektriklar mexanik deformatsiyalanganda ularning qutblanishi kuzatiladi. Masalan, ma’lum yo‘nalish bo‘yicha qirqib olingan kristall plastinka siqilganda uning qarama-qarshi sirtlarida turli ishorali zaryadlar hosil bo‘ladi va plastinka ichida elektr maydon vujudga keladi. Plastinka cho‘zilganda esa uning qutblanishi va maydonning yo‘nalishi qarama-qarshisiga o‘zgaradi Bu hodisa pyezoelektrik effekt yoki qisqa- cha pyezoeffekt deb ataladi. Bunday effekt kuzatiladigan kristall dielektriklar pyezoelektriklar deyiladi. Kvars, turma- lin, segnet tuzi, bariy metatitanati va boshqalar pyezoelektrik- lar qatoriga kiradi.

Pyezoelektrik qutblanishning kattaligi deformatsiyaga pro- porsional, demak, elastiklik chegaralarida mexanik kuchlanishga ham bog‘liq bo‘ladi.

Pyezoelektrik effektni quyidagicha tushuntirish mumkin. Har qanday kristall panjarasini turli atomlar yoki atomlarning guruhlari tomonidan tuzilgan va bir-birining ichiga kiritilgan oddiy panjara- lardan iborat deyish mumkin. Agar kristall simmetriya markaziga ega bo‘lmasa, deformatsiya ta’sirida oddiy panjaralar bir-biriga nisbatan siljiydi va bunday siljish natijasida kristallda elektr momenti paydo bo‘ladi.

Pyezoelektriklarda kuzatiladigan bu effekt to‘g‘ri pyezo- effekt deyiladi. Bundan tashqari, teskari pyezoeffekt ham kuzatiladi. Uning fizik mohiyati shundan iboratki, bunda kristall tashqi elektr maydoniga kiritilganda mexanik deformatsiyalanadi, o‘lchamlari maydon yo‘nalishi bo‘yicha o‘zgaradi. Yuqorida aytib o‘tganimiz-dek, ma’lum yo‘nalish bo‘yicha qirqib olingan kristall plastin-kani tashqi elektr maydonga kiritilganda siqilgan (yupqalashgan) bo‘lsa, maydon yo‘nalishi teskari tomonga o‘zgar-ganda plastinka cho‘ziladi (qalinlashadi).

Agar tashqi elektr maydon o‘zgaruvchan bo‘lsa, u holda krisstall plastinkaning siqilishi va cho‘zilishi maydon o‘zgarishiga mos ravishda navbatma-navbat sodir bo‘ladi, kris- tallda mexanik tebranishlar uyg‘otiladi. Kvars, segnet tuzi, bariy meta- titanati kabi kristallarning pyezo- elektrik xossalaridan texnikada keng foydalaniladi. Masalan, bu dielek- triklar elektroakustik asboblarda ishla- tiladi. Elektroakustik asboblar to‘g‘ri pyezoeffekt asosida mexanik (tovush va ultratovush) tebranishlarni elektr tebranishlarga o‘zgartirib bersa, tes- kari pyezoeffekt asosida esa elektr tebranishlarni mexanik tebranishlarga o‘zgartirib beradi. Bundan tashqari, pyezoelektriklardan elektr tebranishlar generatorlarining chastotalarini stabillashtirishda, tez o‘zgaruvchan bosimlarni o‘lchashda keng foydalaniladi.
SEGNETOELEKTRIKLAR

Tajribalarda aniqlanishicha, bir qator kristall dielektriklar tashqi maydon bo‘lmaganda o’z-o’zidan (spontan) qutblanish xossasiga ega ekan. Bu hodisa dastlab segnet tuzi (vino kislotasining ikkilangan kaliy-natriy tuzi: NaKC₄H₆O₆ ·4H₂O) deb ataladigan kristallda aniqlangani uchun shu moddalarning barchasi segnetoelektriklar deb yuritiladi.

Segnetoelektriklar oddiy dielektriklardan bir qator xarakterli xossalari bilan farq qiladi. Birinchidan, oddiy dielektriklarda dielektrik singdiruvchanlik bir necha birlikka, ba’zilarida bir necha o‘nga (masalan, suv uchun 81) teng bo‘lgan vaqtda, segneto- elektriklarning dielektrik singdiruvchanligi bir necha mingga yetishi mumkin. Masalan, uy temperaturasida segnet tuzi uchun ning qiymati 10000 ga yaqin. Ikkinchidan, oddiy dielektriklarning har biri uchun dielektrik singdiruvchanlik muayyan bir qiymatga ega bo‘lgani holda segnetoelektriklarning dielektrik singdiruvchan- ligi tashqi

maydon kuchlanganligiga bog‘liq bo‘ladi: maydon kuchlanganligi ortib borishi bilan ham ortib boradi. Uchinchidan, segnetoelektriklarning qutblanishi faqat tashqi maydon kuchlanganligiga bog‘liq bo‘lmay, balki yana segnetoelektrikning maydonga kiritishdan avvalgi holatiga ham bog‘liq bo‘ladi. Bu shunga olib keladiki, bunda tashqi maydon kuchlanganligi nolga teng bo‘lganda moddaning qutblanishi to‘la yo‘qolmaydi, qoldiq qutblanish yuzaga keladi. Qoldiq qutblanishni yo‘qotish uchun segnetoelektrikni qutblantiruvchi maydonga teskari yo‘nalishda bo‘lgan maydonga kiritish kerak.Segnetoelektrik xossalari temperaturaga kuchli bog‘liq bo‘ladi. Har bir segnetoelektrik uchun shunday temperatura mavjudki, bu temperaturadan yuqoriroq temperaturada modda o‘zining segnetoelektrik xususiyatini yo‘qotadi va oddiy dielektrikka aylanadi. Bu temperaturani Kyuri nuqtasi deb ataladi. Masalan, segnet tuzining ikkita Kyuri nuqtasi bor: —15°C va +22,5°C. Bu temperaturalar bilan chegaralangan temperaturalar intervalidagina segnet tuzi segnetoelektrik xususiyatga ega bo‘ladi. —15°C dan past va +22,5°C dan yuqori bo‘lgan temperaturalarda segnet tuzining elektr xossalari oddiy dielektriklarnikidan farq qilmaydi. Segneto- elektriklardan amalda keng foydalaniladi. Xususan, ular katta sig‘imli ixcham kondensatorlar tayyorlashda ishlatiladi. Bunday kondensa- torlar radiotexnik qurilmalarning vaznini va o‘lchamlarini kamaytirishga imkon beradi. Bariy metatitanati (BaTiO₂) kabi segnetoelektriklar ultratovush to‘lqinlarning generatori va qabul qilgichi sifatida keng qo‘llaniladi.

Elektr maydonda dielektirklar.

Dielektriklarning qutblanishi.
Ma’lumki, dielektriklarda o‘tkazgichlardan faqr qilib, erkin harakatlanuvchi zaryadlar bo‘lmaydi. Dielektriklarning atom va molekulalari ichida manfiy va musbat zaryadlangan zarralar elektr kuchlari bilan o‘zaro bog‘langan bo‘ladi-yu, ammo bu bog‘lanish mutlaqo qattiq bo‘lmay, zarralar ularga qo‘yilgan tashqi kuchlarning ta’siri ostida ma’lum darajada siljishi mumkin. Har bir mole- kulada manfiy va musbat zaryadlarning miqdori bir xil bo‘lganligi uchun har qanday molekula, umuman olganda, zaryadlanmagan neytral bo‘ladi.

Dielektriklarni uch turga bo‘lish mumkin:

1. 
   musbat va manfiy zaryadlar taqsimotining markazlari ustma- ust tushmaydigan molekulalardan tuzilgan qutbli dielektriklar (masalan, suv, spirt, aseton, efir, organik kislo- talar);
   
2. 
   musbat va manfiy zaryadlar taqsimotining markazlari ustma- ust tushadigan atom va molekulalardan tuzilgan qutbsiz dielektirklar (masalan, parafin,
   

benzol, N₂, H₂);

3. 
   ionli kristall dielektriklar masalan,NaCl,KCl,KBr).
   

Qutbli dielektriklarning molekulalarini elektr dipol deb qarash mumkin. Dielektrikning normal holatida dipollar tartibsiz joy- lashgan bo‘ladi va dipollarning maydonlari bir-birini o‘zaro susaytiradi, shuning uchun dielektrik tashqarisida maydon sezilmaydi.

Agar qutbli dielektrikni tashqi elektr maydonga joylashtirsak, har bir dipolga uni tashqi maydon kuch chiziqlari bo‘yicha burish- ga intiluvchi juft kuchlar ta’sir qiladi Dielektrikdagi dipollar musbat uchlari bilan kuch chiziqlari yo‘nalishida buri- lib, marjon shaklida maydon kuch chiziqlari bo‘ylab tartibli joylashib qoladi. Dielektrikdagi elektr dipollarning tartibli joylashish hodisasi dielektrikning qutblanishi deb ataladi. Molekulalarning xaotik — issiqlik harakati dipollarning tartibli joylashishiga xalaqit beradi, shuning uchun ular kuch chiziqlari yonida tebranma harakat qilib turadi. Tashqi maydon qancha kuchli bo‘lsa, dipollar shunchalik tartibli joylashadi.

Qutbli dielektriklarning qutblanishi dipolli qutblanish bo‘ladi.

Agar qutbsiz dielektrik elektr maydonga kiritilsa, dielek- triklardagi molekulalarning musbat zaryadlar markazi va manfiy zaryadlar markazi o‘zaro qarama-qarshi tomonga siljiydi va mole- kulalar dipollarga aylanadi, ya’ni bu xil dielektriklar ham qutblanadi. Bunday qutblanish elektron qutblanish deyiladi.

Tashqi maydon qancha kuchli bo‘lsa, molekulalarning musbat zaryadlar markazi va manfiy zaryadlar markazi kuch chiziqlari bo‘ylab bir-biridan shuncha ko‘proq uzoqlashadi. Natijada, qutb- langan dielektrik sirtining bir tomonida ortiqcha musbat zaryadlar, ikkinchi tomonida esa manfiy zaryadlar bo‘ladi. Bu zaryadlar bog‘langan zaryadlar deyiladi. Bog‘- langan zaryadlar hosil qilgan maydon tashqi maydon yo‘nalishiga qarshi yo‘nalgan bo‘ladi va uni susaytiradi, lekin batamom yo‘qotib yubormaydi.

Dielеktriklarga (izоlyatоrlarga) erkin zaryadlari juda kam bo’lgan mоddalarga aytiladi va ular elеtr tоkini juda kam miqdоrda o’tkazadi. Ana shunday mоdda tarkibida faraz kilaylik elеktr zaryad jоylashgan bo’lsin. Uning elеktr maydоnini bilish uchun mоdda tuzilishini ko’rib chiqish zarur.

Mоdda tuzilish ta’limоtiga asоsan, atоm diamеtri ~ 10^-15 m bo’lgan yadrо va diamеtri ~ 10^-10 m bo’lgan elеktrоn qоbiqdan ibоrat ekanligini хisоbga оlaylik. Yadrоning o’lchami elеktrоn qоbiq o’lchamidan 10⁵ marta kichiq. Shuning uchun yadrоni elеktrоn qоbiqni markazida jоylashgan nuqta dеb va uni musbat zaryadlarning markazi dеb хisоblash mumkin.

Elеktrоn qоbiqni o’zi esa bеrk оrbitalar bo’yicha niхоyat katta tеzliklar bilan хarakatlanuvchi manfiy zaryadlangan elеktrоnlardan ibоrat. Bu elеktrоnlarning ta’siri хuddi ularning barchasini qandaydir bir nuqtaga to’plangandagi ta’sirga ekvivalеnt bo’ladi. Bu хayoliy nuqtani manfiy zaryadlarning markazi dеyiladi. Dielеktrikning atоm yoki mоlеkulasidagi barcha musbat zaryadlar manfiy zaryadlarga miqdоr jiхatidan tеng bo’ladi. Bu хоlda mоlеkulalarni elеktrоnеytral sistеma dеb qarash mumkin. Agar musbat zaryadlarning markazi manfiy zaryadlarning markazi bilan ustma-ust tushsa, mоlеkulani qutbsiz, aksincha, zaryadlarning markazlari bir-biridan l masоfa uzоqlikda jоylashgan bo’lsa, bunday mоlеkulani qutbli mоlеkula dеyiladi. Umuman miqdоri tеng, lеkin qarama-qarshi ishоrali, bir-biridan l masоfa uzоqlikda jоylashgan +q va - q zaryadlardan ibоrat sitеmani elеktr dipоl dеyiladi.

Qutbsiz Elеktr maydоn ta’sir etmaguncha elеktr mоmеnti r_e = q l =0 ga tеng bo’ladi, chunki l =0 . Agar tashqi elеktr maydоn Е ta’sirida qutbsiz mоlеkula musbat zaryadlarining markazi maydоn yunalishida, manfiy zaryadlarning markazi esa maydоnga qarama-qarshi yunalishda siljiydi. Dеmak, dielеktrikdagi barcha mоlеkulalarning elеktr mоmеntlarining yunalishlari bir хil bo’lib, Е ga parallеl bo’ladi. Bu хоdisani dеfоrmatsiоn yoki elеktrоn qutblanish dеyiladi.


Foydalanilgan Adabiyotlar
1. T.I. Trоfimоva. Kurs fiziki. Mоskva. «Vыsshaya shkоla», 1998 g. str. 13-17.

2. I.V. Savеlьеv. Kurs fiziki. Tоm II.Elеktrоmagnеtizm. Mоskva. «Nauka», 1989 g. str. 34-43.

3. A.A. Dеtlaf, B.M. YAvоrskiy. Kurs fiziki. Mоskva, «Vыsshaya shkоla», 1989 g. str. 17-26.

4. О. Aхmadjоnоv. Fizika kursi. Tоshkеnt. «O’qituvchi». II tоm. Elеktr,magnеtizm,to’lqinlar. 1987 y. 30-36 bеtlar.

5. R.F. Fеynman, R. Lеytоn, M. Sends. Fеynmanоvskiе lеktsii pо fizikе. Mоskva. «Mir». 1977 y. Tоm I-II. str. 178-180.