Electrostricción - Electrostriction

La electrostricción (cf. magnetoestricción ) es una propiedad de todos los no conductores eléctricos, o dieléctricos , que hace que cambien de forma bajo la aplicación de un campo eléctrico .

Explicación

La electrostricción es una propiedad de todos los materiales dieléctricos y es causada por el desplazamiento de iones en la red cristalina al ser expuestos a un campo eléctrico externo. Los iones positivos se desplazarán en la dirección del campo, mientras que los iones negativos se desplazarán en la dirección opuesta. Este desplazamiento se acumulará en todo el material a granel y dará como resultado una tensión general (alargamiento) en la dirección del campo. El espesor se reducirá en las direcciones ortogonales caracterizadas por la relación de Poisson . Todos los materiales aislantes que constan de más de un tipo de átomo serán iónicos hasta cierto punto debido a la diferencia de electronegatividad de los átomos y, por lo tanto, exhibirán electrostricción.

La deformación resultante (relación de deformación a la dimensión original) es proporcional al cuadrado de la polarización . La inversión del campo eléctrico no invierte la dirección de la deformación.

Más formalmente, el coeficiente de electrostricción es un tensor de cuarto rango ( ), que relaciona el tensor de deformación de segundo orden ( ) y la densidad de polarización eléctrica de primer orden ( ). ${\ Displaystyle Q_ {ijkl}}$${\ Displaystyle x_ {ij}}$${\ Displaystyle P_ {m}}$

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

El efecto piezoeléctrico relacionado ocurre solo en una clase particular de dieléctricos. La electrostricción se aplica a todas las simetrías cristalinas, mientras que el efecto piezoeléctrico solo se aplica a los 20 grupos de puntos piezoeléctricos . La electrostricción es un efecto cuadrático , a diferencia de la piezoelectricidad, que es un efecto lineal .

Materiales

Aunque todos los dieléctricos exhiben algo de electrostricción, ciertas cerámicas de ingeniería, conocidas como ferroeléctricos relajantes , tienen constantes electroestrictivas extraordinariamente altas. Los más utilizados son

• niobato de plomo y magnesio (PMN)
• niobato de plomo y magnesio-titanato de plomo (PMN-PT)
• titanato de circonato de lantano de plomo (PLZT)

Magnitud del efecto

La electrostricción puede producir una deformación del 0,1% a una intensidad de campo de 2 millones de voltios por metro (2 MV / m) para el material llamado PMN-15 (el sitio web de TRS se enumera en las referencias a continuación). El efecto parece ser cuadrático con intensidades de campo bajas (hasta 0,3 MV / m) y aproximadamente lineal después de eso, hasta una intensidad de campo máxima de 4 MV / m. Por lo tanto, los dispositivos hechos de tales materiales normalmente se operan alrededor de un voltaje de polarización para comportarse de manera casi lineal. Esto probablemente provocará deformaciones que provoquen un cambio de carga eléctrica, pero esto no está confirmado.

Aplicaciones

• Proyectores de sonar para submarinos y embarcaciones de superficie
• Actuadores para pequeños desplazamientos

Ver también

• Magnetoestricción
• Fotoelasticidad
• Piezomagnetismo
• Piezoelectricidad
• Relajante ferroeléctrico

Referencias

• "Electrostricción". Encyclopædia Britannica.
• Mini diccionario de física (1988) Oxford University Press
• "Materiales electroestrictivos" de TRS Technologies
• "Materiales electrónicos" por el Prof. Dr. Helmut Föll

enlaces externos