Полимерные электреты, их свойства и применение
Рис. 17. Распределение электрического поля внутри короткозамкнутого электрета со «ступенчатым» распределением заряда
Из рисунка видно, что характерной чертой короткозамкнутого электрета является наличие плоскости «нулевого поля», в которой напряженность поля обращается в нуль. В данном случае эта плоскость имеет координату
(35)
По разные стороны от плоскости нулевого поля направление напряженности электрического поля различное, а у поверхностей электрета поле не равно нулю. Когда электрет равномерно заряжен по всей толщине, плоскость нулевого поля располагается посередине пленки.
Прямоугольные распределения заряда типа (29) редко встречаются на практике, но они удобны для моделирования процессов релаксации заряда и потенциала электретов, так как упрощают математические преобразования. Полученные при этом результаты позволяют разобраться в сущности наблюдаемых на опыте процессов.
Эффективная поверхностная плотность заряда
В случае разомкнутой цепи (s1→∞) поверхностный потенциал электрета с зарядом, сосредоточенным на поверхности пленки с поверхностной плотностью σ, равен:
(36)
Если же заряд распределен по объему пленки, можно ввести понятие так называемой эффективной поверхностной плотности заряда σэфф. Для этого величину σэфф подбирают так, чтобы электрет, имеющий только поверхностной заряд с плотностью σэфф создавал в зазоре такое же внешнее поле Е1 и обладал поверхностным потенциалом таким же, как электрет с объемным зарядом. Действительно, в случае разомкнутой цепи поле внутри электрета определяется выражением:
Вычислим поверхностный потенциал.
(37)
Обозначив 
, получаем выражение для поверхностного потенциала, идентичное (36):
(38)
На практике величину
σэфф находят
через
измеренный на опыте поверхностный потенциал электрета:
(39)
Измерение поверхностного потенциала и эффективной поверхностной плотности заряда электретов
Измерение поверхностной (или эффективной поверхностной) плотности заряда электрета осуществляют косвенно. Для этого вначале измеряют поверхностный потенциал, а затем вычисляют σ или σэфф по формулам (36) или (39). Причем обычно точно неизвестно, обладает ли данный электрет поверхностным или объемным зарядом, так что речь ведут всегда об измерении эффективной поверхностной плотности заряда как о более общем случае.
Наибольшее практическое применение получили методы вибрирующего электрода (зонда), позволяющие померить величину поверхностного потенциала и даже распределение поверхностного потенциала вдоль поверхности пленки.
Схема установки показана на рис. 18. Конфигурация измерительной, ячейки совпадает с той, что рассматривалась нами при расчете электрических полей, но верхний электрод вибрирует - колеблется с определенной частотой. Колебания электрода вызывают с помощью специального устройства. На этом электроде индуцируется заряд, противоположный по знаку заряду поверхности электрета. Так как электрод колеблется, меняются расстояние между образцом и электродом и, как следует из формул (12), (21), поле в зазоре Е1. Периодическое изменение напряженности поля в зазоре вызывает периодическое изменение величины заряда, индуцируемого на вибрирующем электроде. Тогда по цепи, в которую включен измеритель 3, будет протекать переменный
ток,
частота которого совпадает с частотой механических колебаний электрода.
Рис. 18 Измерение поверхностного потенциала электрета методом вибрирующего электрода. 1 - электрет; 2 - верхний вибрирующий электрод; 3 - измеритель тока в цепи, 4 - нижний электрод, на который устанавливается электрет металлизированной стороной
Силу тока, протекающего во внешней цепи, нетрудно найти, если воспользоваться связью величины индуцированного заряда на верхнем электроде с напряженностью поля в зазоре: σi=ε1ε0E1. Дифференцируя по времени, получаем:
Дополнительно
Проектирование технологии ремонта гидроцилиндров с использованием полимерных материалов
Одно
из направлений повышения эффективности производства - его переоснащение
современной техникой, внедрение передовых технологических процессов и
достижений современной науки.
В
лесной промышленности и лесном хозяйстве таким направлением наряду с увеличением
единичной мощности выпускаемой те ...
Внутренняя структура протона и новый способ получения энергии
Протон был открыт в начале 20-х г.г. в экспериментах с альфа-частицами. В
опытах по рассеянию на протонах электронов и гамма-квантов были получены
достоверные доказательства существования некой внутренней структуры у этой
частицы. В 1970 г. в Стенфордском центре линейного ускорителя (СЛАК) удалось ...