saveliev2 (И.В. Савельев - Курс общей физики), страница 13

В формулу же (18.4) нужно подставлять среднее поле, создаваемое всеми молекулами кроме той, дипольный момент которой мы хотим определить. Последнее поле, как мы установили, ближе к значению (18.3), чем к Е. Учтя это обстоятельство, выражение для индуцированного диполь- ного момента неполярной молекулы нужно писать в виде 9 !9. Сегнетоэлектрики Существует группа веществ, которые могут обладать спонтанной (самопронзвольной) поляризацией в отсутствие внешнего поля. Это явление было открыто первоначально для сегнетовой соли')„в связи с чем все подобные вещества получили название сегнетоэлект р и ко в.

Первое детальное исследование электрических свойств сегнетовой соли было осуществлено советскими физиками И. В. Курчатовым и П. П. Кобеко. Р Сегнетоэлектрики отличаются от г остальных диэлектриков рядом характерных особенностей: г К В то время как у обычных диэлектриков н составляет несколько Е единиц, достигая в виде исключения нескольких десятков (у воды, например, н = 8!), диэлектриче- ~4' окая проницаелгость сегнетоэлектриков бывает порядка нескольких Рвс.

42. тысяч. 2. Зависимость |> от Е не является линейной, следовательно, диэлектрическая проницаемость оказывается завнсяшей от напряженности поля (ветвь 1 на кривой рис. 42). 3. При изменениях поля значения вектора поляризации Р (а следовательно,' и В) отстают от напряженности поля Е, в результате чего Р и О определяются не только величиной Е в данный момент, но и предшествующими значениями Е, т. е. зависят от предыстории диэлектрика.

Это явление называется гнс терез исо м (от греческого <гнстерезис» — запаздывание). При циклических изменениях поля зависимость Р от Е следует изображенной на рис. 42 кривой, называемой петлей г и с т е р е з и с а. Прн первоначальном включении поля поляризация растет с Е-в соответствии с ветвью кривой Е Уменьшение Р происходит по ветви 2. При обращении Е в нуль вешество сохраняет значение поляризации Р„называемое остаточной пол яр и нацией. Только под действием противоположно направленного поля напряженности Е, поляризация становится равной ') Так называют двойную налнево-натриевую соль винной кислоты КГ4аС~Н~Оа ° 4НзО, нулю.

Это значение напряженности поля называется коэрцитивной силой. При дальнейшем изменении Е получается ветвь 3 петли гистерезиса и т. д. Поведение поляризации сегнетоэлектриков аналогично поведению намагничения ферромагнетиков (см. $ 54). По этой причине сегнетоэлектрнки иногда называют ф е р р о э л е к т р и к а м и. Сегнетоэлектрнками могут быть только кристаллические вещества, причем такие, у которых отсутствует центр симметрии. Так, например, кристаллы'сегнетовой соли принадлежат к ромбической системе (см. т.

(, 2 !38). Взаимодействие частиц в кристалле сегнетоэлектрика приводит к тому, что их дипольные моменты спонтанно устанавливаются параллельно друг другу. В исключительных случаях одинаковая ориентация днпольных моментов распространяется на весь кристалл. Обычно же кристалл распадается на области, в пределах каждой из которых дипольные моменты параллельны друг другу, однако направления поляризации разных областей бывают различны, так что результирующий момент всего кристалла может быть равен нулю. Области спогп анной (самопроизвольной) поляризации называются таиже д о и е н а и и.

Под действием внешнего поля моменты доменов поворачиваются как целое, устанавливаясь по направлению поля. Для каждого сегнетоэлектрика имеется температура, выше которой вещество утрачивает необычные свойства и становится нормальным диэлектриком. Эта температура называется точкой Кюри. Сегнетова соль имеет две точки Кюри: при — (5'С и +22,5'С, причем она ведет себя как сегнетоэлектрик лишь в температурном интервале, ограниченном указанными значениями.

При температуре ниже — !5'С и выше +225'С электрические свойства сегнетовой соли обычны. Очень важное практическое значение имеет открытый советским физиком Б. М. Вулом и его сотрудниками сегнетоэлектрик — метатитанат бария (ВаТ1Оэ), точка Кюри которого равна (25'С.

% 20. Прямой и обратный пьезоэлектрический аффект Некоторые кристаллы, не имеющие центра симметрии (в том числе все сегнетоэлектрики), при деформации поля ризуются. Это явление называется п р я м ы м и ь езоэлектрическим эффектам или просто пье- Рнс. 43 зоэлектрическим эффектом. Величина поляризации пропорциональна деформации, а следовательно, в пределах упругости и механическому напряжению. При изменении знака деформации знак поляризации меняется также на обратный. Важнейшими пьезоэлектриками (т.

е. пьезоэлектрическими кристаллами) являются кварц, сегнетова соль, метатитанат бария и др. Кристаллы кварца принадлежат к гексагональной системе. Если вырезать из кристалла кварца пластинку, перпендикулярную к кристаллографнческой оси а ~а (см. т. Е ф !38), и подвергнутьее сжатию вдоль этой оси, то на гранях + + т т ~ т пластинки появляются. у с -О связанные заряды (на рис.

43 пластинка расположена так, что крнсталлографическая ось с направлена на нас). То же самое происходит, если пластинку подвергнуть растяжению вдоль оси 00, перпендикулярной к кристаллографическим направлениям а и с. В последнем случае эффект называют поперечным, в первом случае — продольным. При изменении знака деформации (т. е. при растяжении вдоль а или сжатии вдоль 00) на гранях пластинки появляются связанные заряды другого знака. Для практического использования пьезоэлектрического эффекта на грани пластинки накладывают металлические обкладки. Есни эти обкладки включить в замкнутую цепь, то при изменениях деформации кристалла в цепи будут возникать импульсы тока.

Такие процессы протекают, например, в пьезоэлектрическом микрофоне — знакопеременная деформация пластинки под действием звуковой волны преобразуется в переменный ток той же частоты. Пьезоэлектрический эффект имеет следуюшее объяснение. Решетку всякого кристалла можно представить в виде нескольких образованных разными атомами нлп группами атомов более простых решеток, вставленных друг в друга. Если кристалл не имеет центра симметрии, то при деформации происходит сдвиг простых решеток друг относительно друга, который может вызвать появление у кристалла электрического момента. Наряду с описанным выше прямым эффектом, у пьезоэлектрических кристаллов наблюдается о б р а т н ы й эффект, заключающийся в том, что поляризация под действием электрического поля сопровонгдается механическими деформациями кристалла: Таким образом, если на металлические обкладки изображенной на рис.

43 пластинки подать перемешюе электрическое напряжение, то пластинка будет попеременно растягиваться и сжиматься вдоль оси а (одновременно происходят сжатие и растяжение вдоль оси 00), т. е. в ней возбудятся мехапические колебания. Эти колебания станут особенно интенсивными, если частота переменного напряжения совпадает с собственной (резонансной) частотой пластинки. Такие настроенные в резонанс пьезоэлектрические пластинки используются для возбуждения ультразвуконых волн (см; т: 1, $ 90), для стабилизации частоты генераторов электрических колебаний в радиотехнике и т. п.

Обратный пьезоэлектрический эффект следует отличать от электрострикции, Последняя имеет место во всех диэлектриках — твердых, жидких и газообразных. Г!ьезоэлектрический эффект возникает только в некоторых кристаллах. Далее, деформации при электрострикции зависит от поля квадратично и при изменении направления поля знака не меняет. Пьезоэлектрический эффент зависит от поля линейно и при изменении направления поля меняет знак. ГЛАВА И1 ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ф 21.

Равновесие зарядов на проводнике Носители заряда в проводнике способны перемещаться под действием сколь угодно малой силы. Поэтому равновесие зарядов на проводнике может наблюдаться лишь при выполнении следующих условий: 1. Напряженность поля всюду внутри проводника должна быть равна нулю (21.1) В соответствии с (11.3) это означает, что потенциал внутри проводника должен быть постоянным (ез=сопз1). 2. Напряженность поля на поверхности проводника должна быть в каждой точке направлена по нормалн к поверхности Е=Е„.

(2!.2) Следовательно, в случае равновесия зарядов поверхность проводника будет зквипотенциальной. Если проводящему телу сообщить некоторый заряд д, то он распределится так, чтобы соблюдались условия равновесия. Представим себе мысленно произвольную замкнутую поверхность, полностью заключенную в пределах тела. Поскольку при равновесии зарядов поле в каждой точке внутри проводника отсутствует, поток вектора злектрического смещения через поверхность равен нулю.

Согласно теореме Гаусса алгебраическая сумма зарядов внутри поверхности также будет З1 б н. в. савельев, е. и равна нулю. Это справедливо для поверхности любых размеров, проведенной внутри проводника произвольным образом. Следовательно, при равновесии ни в каком месте внутри проводника не может быть избыточных зарядов — все оии расположатся по поверхности проводника с некоторой плотностью а.

Так как в состоянии равновесия внутри проводника избыточных зарядов нет, удаление вещества из некоторого объема, взятого внутри проводника, никак не отразится на равновесном расположении зарядов. Таким образом, избыточный заряд распределяется на полом проводнике так же, как и на сплошном, т. е. по его наружной поверхности. На поверхности полости в состоянии равновесия избыточные заряды располагаться не могут. Этот вывод вытекает также из того, что одноименные элементарные заряды, образующие данный заряд 4, взаимно отталкиваются и, следовательно, стремятся расположиться Рис.