УДК:537.218:546.171.8

Газенаур Е.Г., Крашенинин В.И., Хачатрян Л.М., Родзевич А.П.*

Способ оценки напряженности электрического поля в нитевидном кристалле азида серебра

Кемеровский государственный университет, Кемерово

*Юргинский технологический институт, Юрга

 

The proposed in this work method allowed to evaluate: the intensity of electric field in the crystals of threadlike; the dielectric permeability of the crystal of silver azide at the different intensity of the external non-contact electric field.

Keywords: azide of silver, threadlike crystal, electric field.

Предложенный в работе метод позволил оценить: напряженность электрического поля в нитевидном кристалле; диэлектрическую проницаемость кристалла азида серебра при различной напряженности внешнего бесконтактного электрического поля.

Ключевые слова: азид серебра, нитевидный кристалл, электрическое поле.

Последние исследования [1] показали возможность использования бесконтактного электрического поля в качестве инструмента управления процессом твердофазного разложения нитевидных кристаллов азида серебра (AgN3). В связи с чем, возникла необходимость оценки напряженности электрического поля в кристалле. Кроме того, зная напряженность поля в кристалле, можно оценить диэлектрическую проницаемость нитевидных кристаллов AgN3 при различных напряженностях внешнего электрического поля, что позволит приблизиться к пониманию механизма влияния электрического поля на скорость химической реакции.

В основе метода оценки напряженности электрического поля в кристалле лежит предложенный в работе [2] метод измерения подвижности носителей заряда в выведенных из состояния равновесия внешним энергетическим воздействием образцах. Для проведения экспериментальных исследований нитевидные кристаллы AgN3 для инициирования разложения подвергали действию либо УФ-света (интенсивность освещения - 1,924´1015 квант/(см2 с)), либо контактного электрического поля (напряженностью 300 кВ/м) и помещали между обкладками конденсатора, создавая внешнее бесконтактное электрическое поле (Е0). Схема эксперимента представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема эксперимента: 1 - кристалл азида серебра, 2 - обкладки конденсатора.

 

Решая обратную задачу времяпролетной методики [2], по известной подвижности носителей заряда в AgN3 оценивали напряженность поля в кристалле (Екр) при различных напряженностях внешнего электрического поля.

В электрическом поле кристалл азида серебра с длиной (dкр) помещен между двумя воздушными промежутками с расстояниями d1 и d2 (рис. 1). Падение напряжения между обкладками конденсатора Uо распределяется соответственно между воздушными промежутками U1, U2 и кристаллом Uкр:

 (1)

В каждом слое величина электрического смещения является постоянной, поэтому:

, (2)

, (3)

где  - электрическая постоянная,  - относительная диэлектрическая проницаемость,  - напряженность электрического поля.

Из выражения (2) с учетом (1) получим:

. (4)

Используя соотношение (3) запишем:

, (5)

подставим в (4) и, решая относительно Eкр, получим выражение:

.(6)

Здесь εкр=9,4 [3] и ε1в – относительные диэлектрические проницаемости кристалла азида серебра и воздуха соответственно; () - общая длина воздушных промежутков, обозначим ее dв. В данном случае, независимо от последовательности воздушных промежутков и кристалла задача сводится к задаче о двухслойном диэлектрике. Таким образом, формула (6) принимает вид:

. (7)

Зависимость напряженности поля от длины воздушного промежутка удовлетворительно апроксимируется полученным соотношением. Характер зависимости напряженности электрического поля внутри кристалла от межэлектродного расстояния при различной напряженности внешнего электрического поля одинаков. Так, при напряженности внешнего электрического поля 10 В/см, экспериментально полученная зависимость напряженности поля в кристалле от расстояния между электродами () имеет характерный вид, представленный на рисунке 2.

Рис. 2. Зависимость напряженности поля в кристалле азида серебра от межэлектродного расстояния.

 

Отметим, полученные экспериментальные значения Екр совпадают с вычисленными по формуле (7). Установлено, что напряжённость электрического поля в кристалле Екр меньше напряжённости внешнего электрического поля Е0 примерно в 10 раз.

Как следует из формулы (7), соотношение напряженностей электрического поля в кристалле и воздушном промежутке определяется отношением относительных диэлектрических проницаемостей воздуха и кристалла. Это дает возможность оценить относительную диэлектрическую проницаемость кристалла при различной напряженности внешнего бесконтактного электрического поля. Оцененные по формуле (7) значения относительной диэлектрической проницаемости AgN3 при различной напряженности внешнего бесконтактного электрического поля E0 представлены на рисунке 3.

В интервале полей 103÷10-3 В/м значение εкр изменяется от 9 до 4: первое соответствует низкочастотной, второе - высокочастотной (квадрат показателя преломления) относительным диэлектрическим проницаемостям.

Рис. 3. Зависимость относительной диэлектрической проницаемости нитевидного кристалла азида серебра от напряжённости внешнего электрического поля.

 

Отсюда следует, что, уменьшая напряженность внешнего бесконтактного электрического поля, последовательно выключаются механизмы влияния этого поля на структурные единицы кристалла до последнего - смещение электронной плотности в атомах (εкр ≈ 4). Таким образом, предложенный метод позволил: измерить напряженность электрического поля в кристалле; оценить диэлектрическую проницаемость AgN3 при различной напряженности внешнего бесконтактного электрического поля; определить одну из причин влияния электрического поля на скорость химической реакции.

 

Литература:

1.   Крашенинин В. И., Газенаур Е. Г., Кузьмина Л. В. // Бутлеровские сообщения. - 2010. - Т. 23. - №14. - С. 66-72.

2.   Крашенинин В. И., Газенаур Е. Г., Сталинин А. Ю. Патент РФ № 2080688. - 27.05.97. - Бюл. № 15. - 8 с.

3.   Боуден Ф., Иоффе А. Быстрые реакции в твердых телах. - М.: Изд. иностранной литературы, 1962. - 243 с.