Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Сивухин Д.В. -> "Общий курс физики Том 3. Электричество" -> 70

Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.

Сивухин Д.В. Общий курс физики Том 3. Электричество — М.: Наука , 1996. — 704 c.
Скачать (прямая ссылка): obshiykursfizikit31996.pdf
Предыдущая << 1 .. 64 65 66 67 68 69 < 70 > 71 72 73 74 75 76 .. 280 >> Следующая

При изменении температуры меняется объем кристалла, т. е. возникает его деформация. Такая деформация обычно сопровождается появлением пьезоэлектрических зарядов. Поэтому для наблюдения пироэлектричества в чистом виде надо производить нагревание при постоянном объеме и неизменной форме кристалла. Если при этом нет градиента температуры, то возникающая при таком нагревании поляризация кристалла называется первичным (или истинным) пироэлектрическим эффектом. Электризация же, возникающая при деформации кристалла в результате его нагревания, называется вторичным пироэлектрическим эффектом. Обычно вторичный эффект превосходит первичный. В некоторых кристаллах первичный эффект настолько мал, что его не удается даже обнаружить. Наконец, заряды могут возникать при неоднородном нагревании, т. е. при наличии в кристалле градиента температуры. Это явление называют третичным (или ложным) пироэлектрическим эффектом. Дело в том, что неравномерное нагревание кристалла создает градиент температуры, который из-за теплового расширения вызывает появление неоднородных напряжений и деформаций. В результате этого появляются пьезоэлектрические заряды, которые (если опыт выполнен недостаточно тщательно) можно ошибочно принять за первичное или вторичное пироэлектричество.
2. Для возможности пироэлектрического эффекта, т. е. спонтанной поляризации кристалла, отсутствия одного только центра симметрии недостаточно. Действительно, в пироэлектрическом кристалле уже в отсутствие электрического поля должно существовать какое-то одно особенное направление, вдоль которого и устанавливается спонтанная поляризация. Такого особенного направления нет, например, в кристалле кварца. Все три электрических оси кварца Хг, Х3 (см. рис. 95) совершенно равноправны, и поэтому ни одна из них не выделяет особенное направление. Таким образом, не всякий пьезоэлектрический кристалл является пироэлектрическим. Однако всякий пироэлектрический кристалл является также и пьезоэлектрическим. Пироэлектрическими свойствами обладают десять из тридцати двух кристаллографических классов.
3. Помимо прямого существует обратный пироэлектрический эффект. Он состоит в том, что изменение электрического поля в отсутствие подвода или отвода тепла (адиабатический процесс) сопровождается изменением температуры пироэлектрического кристалла. Необходимость этого эффекта является следствием прямого пироэлектрического эффекта и законов термодинамики. Дейст-
162
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
[ГЛ. I
вителыю, напишем термодинамическое соотношение du — Т ds + Е dP для единицы объема кристалла, предполагая, что во время процесса объем v сохраняется неизменным. Из этого соотношения следует
d (u-Ts-EP) = — sdT-PdE.
Отсюда
/&\ =ґдР)
\дЕ)т \дТ)Е'
Между величинами s, Е, Т при постоянном объеме имеется функциональная связі^ а потому
(*] =-(*) (?L\
\dEjT \dTjE\dEjs'
Введем далее удельную теплоемкость вещества при постоянных объеме и напряженности электрического поля:
Ке = Т (df)VlE'
Тогда
=——{%) • (Зв.ї)
дк/ii, s cv, Е
Эта формула и устанавливает связь между прямым и обратным пироэлектрическими эффектами.
§ 39. Сегнетоэлектричество
I. Некоторые диэлектрические кристаллы в определенной области температур, называемой полярной областью, являются пироэлектриками, т. е. спонтанно поляризованы уже в отсутствие электрического поля. Однако на границах этой температурной области они испытывают фазовые превращения, переходя в новые кристаллические модификации, в которых спонтанная поляризация не наблюдается. Такие диэлектрики называются сегнетоэлектри-ками. От обычных пироэлектриков сегнетоэлектрики отличаются еще тем, что направление спонтанной поляризации в сегнетоэлект-рике может быть изменено на противоположное уже сравнительно слабым электрическим полем, тогда как у обычных пироэлектриков этого не происходит даже в сильных полях. Прямая, параллельная вектору спонтанной поляризации сегнетоэлектрика, называется его полярной осью. Существуют сегнетоэлектрики с одной полярной осью (например, сегнетова соль) и с несколькими полярными осями (например, титанат бария).
Кристаллическая модификация, в которой сегнетоэлектрик спонтанно поляризован, называется полярной фазой, а модификация, в которой спонтанной поляризации нет, — неполярной фазой. Температура Тк, при которой сегнетоэлектрик переходит из полярной фазы в неполярную (или обратно), называется диэлектрической точкой Кюри в честь Пьера Кюри, который ввел аналогичное понятие в учение о ферромагнетизме (см. §§ 74 и 79). Как правило,
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСТВО
163
сегнетоэлектрик имеет только одну точку Кюри, ниже которой он находится в полярной, а выше — в неполярной фазе. Исключение составляют сегнетова соль и изоморфные с ней соединения, а также соли Ag2H3I06 и Ag2D3I06. Они имеют две точки Кюри: нижнюю Тя и верхнюю Тв. Спонтанная поляризация наблюдается в температурной области, ограниченной этими точками, и не наблюдается при других температурах.
Сегнетоэлектрики характеризуются рядом аномальных диэлектрических и других физических свойств (пьезоэлектрических, элект-рооптических и пр.), связанных между собой термодинамическими соотношениями. Ранее всего эти аномальные свойства были обнаружены на кристаллах сегнетовой соли. От названия этой соли и происходят термины «сегнетоэлектрик» и «сегнетоэлектричество-». Диэлектрические свойства сегнетоэлектриков во многих отношениях аналогичны магнитным свойствам ферромагнетиков (см. §§74 и 79). Поэтому в иностранной литературе их называют также ферро-электриками. Сегнетова соль NaKC4H406-4H20 представляет собой двойную натриевокалиевую соль винной кислоты, содержащую четыре молекулы кристаллизационной воды. У нее две точки Кюри: Та = 255 К (—18 °С) и Тв = 297 К (+24 °С). Сегнетоэлектрическими свойствами обладают и другие соли винной кислоты (тартраты), например NaNH4C4H40,j-4H20 (аммониевая сегнетова соль), NaRbC4H40e-4H20, NaTlC4H406-4H20. Аномально большой пьезоэлектрический эффект в сегнетовой соли был обнаружен братьями Кюри еще в 1880 г. Затем Поккельс в 1894 г. количественно исследовал этот эффект (а также электрооптический эффект, т. е. зависимость показателей преломления от напряженности электрического поля). Аномальные диэлектрические свойства сегнетовой соли были открыты Валашеком в 1921 г., а затем в начале 30-х годов подробно исследованы И. В. Курчатовым (1903—1960) и П. П. Кобеко (1897— 1954). В 1944 г. Б. М. Вул (р. 1903) и И. М. Гольдман (р. 1910) в Советском Союзе и независимо от них Вейнер и Соломон в США и Огава в Японии открыли на керамических образцах аномальные диэлектрические свойства титаната бария (ВаТі03) — важнейшего сегнетоэлектрик а, обладающего высокой механической прочностью, большой химической устойчивостью и нашедшего благодаря этому широкие научно-технические применения (температура Кюри Тк = = 393 К = 120 °С). С этого момента началось быстрое развитие учения о сегнетоэлектричестве и его применения. Оказалось, что сегнетоэлектричество — более распространенное явление, чем предполагалось раньше. В настоящее время известно более сотни сегнетоэлектриков, не считая огромного количества сегнетоэлектри-ческих твердых растворов. Учение о сегнетоэлектрических явлениях представляет обширный, быстро развивающийся раздел физики твердого тела. В общем курсе о сегнетоэлектричестве можно дать лишь весьма краткие сведения.
Предыдущая << 1 .. 64 65 66 67 68 69 < 70 > 71 72 73 74 75 76 .. 280 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed