Механика электромагнитных сплошных сред - Можен М.
ISBN 5-03002227-9
Скачать (прямая ссылка):
физиком П. Ланжевеном во время первой мировой войны для обнаружения
подводных лодок. Дополнительные сведения об истории развития
пьезоэлектричества можно найти у Мейсона (Mason, 1981].
Электромеханические взаимодействия более высокого порядка по полю, чем
электрострикция и пьезоэлектричество, можно назвать электроупругими
взаимодействиями.
На практике все сегнетоэлектрики одновременно являются пьезоэлектриками.
Но многие пьезоэлектрики (например, пьезокварц и сахар) вовсе не
сегнетоэлектрики. Тут же отметим, что в некоторых случаях
сегнетоэлектрики нуждаются в предварительной обработке, чтобы выявить их
пьезоэлектрические свойства. Таков случай титаната бария ВаТЮ3, который
имеет хорошо выраженный пьезоэлектрический эффект в фазе сегнетоэлектрика
(0 < 0С). Однако образцы керамики ВаТЮ3, не
V
Рис. 1.5.1. Механическое деформирование кристалла NaCl.
§ 1.6. Парамагнетизм и ферромагнетизм
37
подвергавшиеся действию внешнего электрического поля при охлаждении ниже
0с, не имеют пьезоэлектрических свойств. Когда на образец действует
внешнее электрическое поле, направление поляризации каждого домена
изменяется, поэтому образец, предварительно поляризованный в сильном
электрическом поле, становится пьезоэлектриком. Пьезоэлектрические
свойства поляризованного BaTi03 зависят от температуры.
Некоторые полупроводники, например CdS и GaAs,- хорошие пьезоэлектрики.
Однако лучшие пьезоэлектрики - керамики типа керамик PZT.
Для завершения картины отметим эффект пироэлектричества - эффект
появления электрических зарядов на поверхности диэлектриков (среди
которых многие кристаллические) при однородном нагреве или охлаждении.
Появление поверхностных зарядов свидетельствует о внутренней поляризации,
вызванной деформацией теплового расширения или сжатия. Так как условием
этого эффекта является отсутствие центра симметрии, то многие
пироэлектрики - одновременно пьезоэлектрики или сегнетоэлектрики или и то
и другое. Оговорка об однородности нагрева или охлаждения существенна,
так как в случае, скажем, неоднородного охлаждения может возникнуть
ложный пироэффект, который в действительности есть не что иное, как
пьезоэффект (такое происходит в пьезокварце). Многие диэлектрики-
пироэлектрики; к ним относятся соль Рошеля, титанат бария ВаТЮз и ниобат
лития LiNb03.
§ 1.6. Парамагнетизм и ферромагнетизм
А. Происхождение магнетизма
Знаменитые уравнения Максвелла в магнитостатике в системе единиц Лоренца
- Хевисайда для проводящей среды записываются в виде
vxh=|j, V • В = О, (1.6.1)
где
н = В - М. (1.6.2)
Первое из уравнений (1.6.1) выражает закон Ампера, связывающий вектор J с
магнитным полем Н; второе уравнение в отличие от уравнения (1.2.1)
выражает тот факт, что магнитные заряды или магнитные монополи
предполагаются несуществующими. Через В и М обозначены магнитная индукция
и объемная намагниченность соответственно; с - скорость света в вакууме.
Вещество, в котором М не равно нулю, называется магнитным или
намагничивающимся. Отношение (ср. с уравне-
38 Гл. 1. Основные электрические и магнитные свойства твердых тел
нием (1.2.4))
Хт = |М|/|Н|,
(1.6.3)
если оно существует (т. е. конечно), определяет магнитную восприимчивость
магнитного материала. В более общем случае,, если существует связь типа М
= М(Н, а), где а - какая-нибудь другая независимая переменная, например
температура или деформация, то (ср. с уравнением (1.4.1))
Очевидно, что магнитная восприимчивость - функция отклика, совершенно
аналогичная, скажем, сжимаемости жидкости и электрической восприимчивости
диэлектрика. Но в отличие от этих двух величин условия устойчивости не
накладывают ограничений на знак магнитной восприимчивости. Магнитное
вещество может как ослаблять, так и усиливать магнитное поле. Величина и
знак %т определяют разные типы магнетизма. Соотношение М - М(Н,а) может
быть как линейным, так и нелинейным по отношению к переменной Я; может
быть даже так, что векторы М и Н не параллельны. Особая ситуация
возникает в случае, когда статическая восприимчивость, задаваемая
соотношениями (1.6.3) и (1.6.4), не является хорошо определяемой
величиной; например, когда М локально отличается от нуля в отсутствие
поля Н, как в случае ферромагнетизма.
Естественно возникает вопрос, каково происхождение магнетизма. Ответ на
этот вопрос зависит от того, как далеко мы углубляемся в физику
магнетизма. Стандартный ответ гласит, что магнетизм происходит от
магнитного момента вращательного движения заряженных частиц и что
электроны - элементарные частицы с наибольшим вкладом в магнетизм. Кроме
обычного орбитального движения вокруг некоторого центра электрон имеет
внутренний момент импульса, называемый спином. Последнее является чисто
квантовомеханическим свойством. Квантовая механика необходима для
микроскопической формулировки магнетизма' по существу дела. Это видно
хотя бы из того факта, что само существование устойчивых микротоков в
рамках чисто классической механики невозможно; см. знаменитую теорему Ван
