电(电场)的各种效应:
所谓接触电效应,是指两种不同材料接触时引起的与它们未接触独立存在时不同的电效应。它是相当广泛的一类效应,包括金属-金属、金属-半导体、金属-电解液、P型-N型半导体、金属-氧化物-半导体(MOS)接触等众多的效应。它们中有的与传感器技术密切相关,有的是相当尖端的技术。其本质是载流子在不同的物体接触状态下表现出的各种效应。
接触电效应的形成条件:在物体中形成电流的必要条件是要存在导电载流子。金属的导电载流子是自由电子,电解质溶液的导电载流子是正、负离子,半导体材料的导电载流子是电子与空穴,气体中的导电载流子是带电离子。接触时,不同物体间载流子的运动、相互作用会发生变化,形成各种效应。例如:“金属-金属”接触的一个重要效应就是热电偶效应,可以用来测量温度;MOS接触效应可被用作电荷耦合器件(CCD),利用大规模集成技术将感光器件和控制逻辑电路同经离子注入、高掺杂或交叠栅等改善CCD性能的微细加工过的CCD集成在一起,构成摄像的固体器件,广泛地用作图像的固态传感器等。
压电效应
某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时,电荷的极性也随之改变。相反,当在电介质的极化方向上施加电场,这些电介质也会发生变形,电场去掉后,电介质的变形随之消失,这种现象称为逆压电效应,或称为电致伸缩现象。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。
电热效应
电热效应指的是热电体在绝热条件下,当外加电场引起永久极化强度改变时,其温度将发生变化的现象。它是热释电效应的逆效应。
电热效应是指对在绝热条件下施加电场能可逆改变材料的温度的现象,该效应与相变非常接近。但过去发现的材料电热效应很弱,不能进入商业应用。英国剑桥大学A. S. Mischenko与合作者,研究发现350nm厚的PbZr0.95Ti0.05O3薄膜在接近居里温度(222℃)时具有巨电热效应(0.48K/V)。该材料有望在电制冷中得到应用。相关研究论文发表在2006年3月3日Science, 311(5765):1270—1271上。
电热效应与焦耳效应不同。后者是物体中通过电流时引起温度变化的现象,是不可逆的;而前者是外加电场引起热电体的温度变化,是可逆或部分可逆的。但当焦耳效应同电热效应同时存在时,前者可能淹没后者。为此,目前的技术水平只能限制在高电阻率的绝缘材料中应用电热效应。在相变温度附近,电热效应最强。例如:铁电磷酸二氢钾(KDP)在其居里点以上1℃左右环境中,当电场强度达到102kV/m时,其温度变化可达0.1℃。
电光效应
电光效应,是将物质置于电场中时,物质的光学性质发生变化的现象。某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性,物质的折射率因外加电场而发生变化的现象为电光效应。
电光效应包括泡克耳斯(Pockels)效应和克尔(Kerr)效应。电光效应是指某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性的效应。
*****************************************************************************************************************************
电流的各种效应:
电流的热效应(焦耳效应)
即电流流过物体产生的不可逆的发热现象。每一点发热的单位体积功率正比于电阻率和电流密度的平方。
电流通过导体时电能转化成热能,把这种现象叫做电流热效应。如电灯(白炽灯)、电炉、电烙铁、电焊…等,都是电流热效应的例子。
电流的磁效应
电流的磁效应(通电会产生磁):任何通有电流的导线,都可以在其周围产生磁场的现象,称为电流的磁效应(由奥斯特首先发现)。给绕在软铁心周围的导体(线圈)通电,软铁心就会产生磁性,这种现象就是电流的磁效应。如电铃、蜂鸣器、电磁扬声器…等都是利用电流的磁效应制成的。
电流的化学效应
电流通过导电的液体会使液体发生化学变化,产生新的物质。电流的这种效果叫做电流的化学效应。如电解,电镀,电离…等就属于电流化学效应的例子。
电流的热效应、磁效应和化学效应统称为“电流的三大效应”。
电流的光效应
电流流过充有气体的辉光灯(日光灯),会使气体发光,但极少加热。这就是电流的光效应。
电流的生理效应
人用手触摸两根电压差为4.5V的裸铜线,会感到轻微的震颤和微酸的感觉,即电流使人触电。这就是电流的生理效应。
***************************************************************************************************************************************
磁效应:
磁-力效应
magneto-mechanical effect
指强磁体在磁场作用下发生形变的现象。反之,在外力作用下强磁体的磁性会改变。磁-力相互密切关联的现象(效应)总是互易地存在于同一强磁体中。这些效应多发现于19世纪,目前一般称为广义磁致伸缩。20世纪以来,对线性磁致伸缩的现象和理论进行了广泛深入的研究,并在军事、电子工业等方面得到了实际应用。
线性形变 强磁体在磁化后,其线度发生变化,体积不变。实验观测上往往选用细长棒状磁体,其线度变化有三种形式:
① 焦耳效应。J.P.焦耳在1847年第一次发现,将铁棒沿轴向磁化时,其长度伸长或缩短,直到饱和磁化后才不再变化。如伸长或缩短的相对大小用饱和磁致伸缩系数表示,其量级一般在10~10范围 铁和钴的>0,表示伸长;镍的<0,表示缩短。这一现象又称为线性磁致伸缩效应。
② 吉耳曼效应。将铁棒两端下侧固定的支架上,在纵向磁场作用下,棒的上部受张力伸长,致使整个棒变弯,故又称磁弯曲效应。
③ 磁(致)弹(性变化)效应。当强磁体被磁化后,其杨氏模量发生变化。F.S.布开在1887年发现铁的值变化了1.5%。这种现象通常叫做E效应,目前研究的比较多。人们也称之为布开效应。
环形变化 棒形强磁体在特定的磁场作用下,除棒长发生变化外,同时还发生扭转形变,具体表现为:
① 维德曼效应。在纵向和环向磁场同时作用之下,强磁体棒发生扭转形变,故又称之为磁致扭转效应。
② 金伯耳(Kimball)效应。强磁体磁化后,由于形变而引起刚性变化。以后不少研究结果证实了这一现象,又称磁致刚性效应。
体磁致伸缩效应 磁有序体在磁转变(有序)温度以下,由于交换作用产生的自发磁化,会使其体积发生变化,称为体磁致伸缩效应。W.F.巴瑞特于1882年首次观测到此现象,故又称巴瑞特效应。
爱因斯坦-德哈斯效应 A.爱因斯坦和W.J.德哈斯在1915年从实验观测到,一根竖直悬挂而可以自由转动的磁棒在纵向磁化时会发生转动,又称磁致转动效应。
巴涅特效应 强磁体棒绕其轴旋转时发生磁化现象。S.J.巴涅特兄弟在1914年首先实验上测出这一结果,又称转动磁化效应。它是磁致转动效应的逆效应。这种磁性与力学转动相互关联的现象是由于电子自旋磁矩与自旋角动量密切相联系而引起的。从上述实验得到铁磁物质因子(回磁比)近似等于2。由此得出结论,所有3d族元素的磁性主要是电子自旋磁矩贡献的。