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pyroelektrischer Effekt

 
     
  Änderung der dielektrischen Polarisation, d.h. des elektrischen Dipolmoments pro Volumen durch Temperaturänderung. Den pyroelektrischen Effekt zeigen Kristalle, die eine spontane, d.h. ohne äusseres elektrisches Feld, permanente dielektrische Polarisation aufweisen, die gleichbedeutend mit dem Auftreten von Oberflächenladungen ist. Eine unvollständige Isolation der Kristalloberflächen führt jedoch zu einer Neutralisation der Oberflächenladungen und verbirgt den pyroelektrischen Charakter. In diesem Fall tritt nur die Änderung der dielektrischen Polarisation ΔP durch Temperaturänderung in Erscheinung. In Kristallen ist dieser Effekt richtungsabhängig und wird durch einen polaren Tensor 1. Stufe beschrieben, also durch einen Vektor in Richtung der Polarisation, da der Tensor einen Skalar, die Temperatur, und einen Vektor, die dielektrischen Polarisation, in Beziehung setzt:


ΔPj=pjΔT+πj(ΔT)2+...; dabei genügt es im allgemeinen, die Koeffizienten 1. Ordnung pj, also den linearen Effekt,
heranzuziehen.
Der pyroelektrische Effekt kann nur bei Kristallstrukturen ohne Symmetriezentrum auftreten, da alle Koeffizienten von polaren Tensoren ungerader Stufe bei Vorliegen eines Symmetriezentrums wegen der Transformationseigenschaften unter der Symmetrieoperation (x→-x, y→-y, z→-z) verschwinden. Ausserdem kann der pyroelektrische Effekt, da er durch einen polaren Vektor dargestellt wird, nur in solchen Kristallklassen auftreten, deren Symmetrieoperationen eine Richtung invariant lassen. Das ist in den zehn nichtzentrosymmetrischen sog. polaren Kristallklassen der Fall. In der Tabelle sind die Formen der polaren Tensoren 1. Stufe zusammengestellt, die sich aus den Reduktionsbeziehungen bei Anwendung der Transformationsvorschrift für polare Tensoren unter den Symmetrieoperationen der betrachteten Kristallklasse ergeben.


Der pyroelektrische Effekt besteht aus zwei Anteilen: Der primäre oder der eigentliche Effekt resultiert aus der Änderung der Einstellung vorhandener Dipolmomente, der sekundäre Effekt ist auf eine Ladungsdichteänderung durch thermische Ausdehnung zurückzuführen. Alle Kristalle mit grossem pyroelektrische Effekt, wie z.B. Triglyzinsulfat (NH2CH2COOH)3H2SO4 sowie die entsprechenden Selenate und ferner LiNbO3, BaTiO3 und Pb5Ge3O11 zeigen auch ferroelektrische Eigenschaften (Ferroelektrizität). Die pyroelektrischen Kristalle haben in den letzten Jahren ein besonderes Interesse für den Bau hochempfindlicher Strahlungsdetektoren in allen Spektralbereichen, insbesondere im infraroten Bereich, gefunden.

pyroelektrischer Effektpyroelektrischer Effekt (Tab.): Formen der polaren Tensoren 1. Stufe.
 
 

 

 

 
 
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