4. Сегнетоелектриками можуть бути тільки кристалічні речовини, у яких відсутній центр симетрії.

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 8
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

5.Спонтанна поляризація сегнетоелектриків зберігається лише в певному інтервалі температур, які називають температурам (точками) Кюрі за йменням П.Кюрі, котрий дослідив це явище. За межами цих температур відбувається фазовий перехід, внаслідок якого сегнетоелектричні властивості зникають і кристал переходить у звичайний неполярний діелектрик. Є сегнетоелектрики з двома точками Кюрі (для сегнетової солі TK =258K, і TK =295,5K), є з однією точкою Кюрі (для BaTiO3 TK =393K).

Сегнетоелектрики широко застосовують в різних галузях сучасної техніки: у виготовленні конденсаторів, п’єзотехниці, електро- і акустооптиці, нелінійній та квантовій оптиці, системах обробки інформації.

2.6. П’єзоелектричний ефект. Електортрострикція

 

Деякі кристали, що не мають центра симетрії, (в тім числі і всі сегнетоелектрики), при деформації у певних напрямах поляризуються. Явище виникнення на гранях кристалів зв’язаних електричних зарядів протилежних знаків внаслідок їх деформації називають прямим п’єзоелектричним ефектом. Величина поляризації пропорційна деформації, а отже, і величині механічної напруги.

Механізм виникнення п’єзоелектричного ефекту можна уявити таким. Кристалічну решітку таких кристалів можна уявити як таку, що складається з кількох простих підрешіток, утворених іонами різних знаків, вставлених одна в іншу. Якщо кристал не має центру симетрії, то при деформації відбувається зсув однієї підрешітки відносно іншої, внаслідок чого діелектрик поляризується.

Типовим представником п’єзоелектриків може бути кристал кварцу. Якщо із кристалу кварцу (гексагональна сингонія, див.[5]) вирізати пластинку, перпендикулярну до осі і впродовж осі с (рис.2.10, а) і піддати її деформації стискання вподовж осі а (рис.2.10, б), то на гранях пластинки виникнуть заряди. Те саме відбудеться, якщо пластинку розтягнути вподовж осі O ’ O ’,

 

перпендикулярної до осей а та с (рис.2.10, в). В першому випадку ефект називають подовжнім (відносно осі а), у другому – поперечним. При зміні напряму деформації на протилежний змінюється знак поляризації. Якщо до граней такої пластини прикласти провідні замкнені пластини, то при деформації п’єзоелектрика в мережі будуть виникати імпульси електричного струму. Такі процеси мають місце, наприклад, в п’єзоелектричних мікрофонах, де кристал поляризується під дією звукової хвилі.

При поляризації кристала в зовнішньому електричному полі спостерігається його деформація, величина якої пропорційна величині напруженості поля. Це явище називають оберненим п’єзоелектричним ефектом. Якщо на пластину подати змінну електричну напругу, то в пластині збуджуються механічні коливання, які будуть особливо інтенсивними, коли частота змінної напруги співпадає з власною (резонансною) частотою пластини. Цей ефект малоінерційний, що дає можливість збуджувати ультразвукові коливання.

Використовують п’єзоелектричні матеріали для виготовлення п’єзодатчиків та акустичних генераторів. З них виготовляють адаптери для відтворення звуку, різні прилади для вимірювання частоти і амплітуди вібрацій двигунів, літаків, тощо (див. [1]). Отримання і дослідження нових п’єзоелектричних речовин є однією з прикладних проблем фізики діелектриків.

Окрім п’єзоелектричного ефекту для вказаного типу кристалів всім діелектрикам (твердим, рідинам, газам) притаманне явище електрострикції – зменшення їх об’єму в зовнішньому електричному полі. При цьому деформація не залежить від напряму напруженості поля, оскільки вона пропорційна квадрату напруженості: . Деформація твердих і рідинних діелектриків незначна. Однак під дією поля частоти w діелектрик коливається з частотою 2 w, що дає можливість використовувати їх для перетворення частоти коливань.

 

3. Провідники в електричному полі

3.1. Розподіл електричних зарядів на провіднику

Характерною особливістю провідників є наявність у них вільних носіїв зарядів. Досвід свідчить, що в стані теплової рівноваги упорядкований рух зарядів в провідниках відсутній. Якби в провіднику було електричне поле напруженістю , то на кожен заряд q діяла б сила , внаслідок чого, був би їх упорядкований рух. Отже, напруженість поля всередині провідника дорівнює нулеві. Згідно з співвідношенням за таких умов , тобто у всіх точках всередині провідника , і поверхня провідника є еквіпотенціальною. Це означає, що лінії вектора перпендикулярні до поверхні провідника ). З рівності випливає, що всередині провідника . З цього можна зробити висновок, що наданий провідникові надлишковий електричний заряд розміщується в його поверхневому шарі. Товщина цього шару є настільки малою, що його можна вважати геометричною поверхнею і характеризувати розподіл зарядів на провідниках поверхневою густиною .

Дослідним шляхом М. Фарадей довів, що поля всередині порожнини зарядженого провідника немає. Отже, всередину замкненої провідної поверхні електростатичне поле не проникає і всередині однорідних провідників об’ємних зарядів немає. Цю особливість провідників використовують для електростатичного захисту чутливих приладів та пристроїв.

Крім того, М. Фарадей дослідно довів можливість повної передачі зарядів від одного провідного тіла до іншого. Для цього в одному з тіл роблять внутрішню порожнину і туди поміщають заряджене тіло. Від зарядженого тіла заряд повністю переходить до тіла з порожниною і розподіляється на його зовнішній поверхні. На внутрішніх поверхнях порожнини провідників . Цей процес можна повторювати багато разів, а такий спосіб накопичення зарядів одного знака лежить в основі дії електростатичного генератора (див. [1]).

Оскільки на поверхні зарядженого провідника , то на підставі теореми Гаусса легко довести, що напруженість поля на поверхні провідника (для провідників ). Поверхнева густина заряду залежить від кривизни поверхні. Досліди показують, що є більшою там, де більша кривизна поверхні. Отже, в місцях з великою кривизною (вістря) і відповідно набувають дуже великих значень. Відбувається іонізація молекул газу біля провідника. Іони іншого знака, ніж , притягуються до провідника і нейтралізують його заряд. Відбувається „стікання” зарядів з металевих вістер. Це явище використовують для побутових блискавковідводів. У високовольтних лініях електропередач стікання зарядів із загострених частин проводів призводять до значних втрат електроенергії.

Іони такого ж знака, що і починають рухатись від провідника, захоплюючи з собою нейтральні молекули газу. Відбувається відчутний рух газу. Цей рух назвали електричним вітром.