Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
S
проекция вектора поляризации P на направление внешней нормали к элементу поверхности dS.
15°. Связь векторов смещения D, напряженности E и поляризованности Р:
D = E0E + Р.
В изотропных диэлектриках вектор поляризованії ости P пропорционален напряженности поля E и совпадает сЪ по направлению. Поэтому D = ее0Е,
где E — относительная диэлектрическая проницаемость среды. Связь между ? и диэлектрической восприимчивостью Xe имеет вид
E = 1 + Xe-
16°. С учетом отличия эффективного поля, действующего в диэлектрике, от среднего макроскопическо-TO поля, для неполярных диэлектриков СВЯЗЬ E И /I0CC поражается формулой Клаузиуса—Mocommu-.
E-I _ 1
386
IV1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА
ИЛИ
E-I jX = = q
е + 2 р 3
где ц — молярная масса вещества, р — его плотность, Na — постоянная Авогадро, а — поляризуемость молекулы, Q — величина молярной (молекулярной) рефракции, пропорциональная объему всех молекул в 1 моле вещества, тI0 — концентрация молекул.
* 17°. Условия для электростатического поля на границе раздела двух изотропных диэлектрических сред имеют вид:
Здесь ?thD, — проекции E и D на направление единичного вектора т, касательного к поверхности раздела сред, En и Dn — проекции E и D на направление единичного вектора п, проведенного из второй среды в первую по нормали к поверхности раздела сред, а а — поверхностная плотность свободных зарядов в рассматриваемой точке на границе раздела сред.
18°. В анизотропном кристаллическом диэлектрике электрические свойства различны в разных направлениях (хе и є — тензорные величины). Поэтому в общем случае векторы P и D не совпадают по направлению с вектором E напряженности поля.
Для анизотропных кристаллов, не являющихся сег-нетоэлектриками, т. е. не обладающих спонтанной поляризацией в отсутствие внешнего поля, связь между проекциями векторов Р, D и E на оси прямоугольной декартовой системы координат х, у, z имеет вид
Е1Е1л Е2^2п — f- и Dln D2n - о.
tO
1
1
где і, j = х, у, г; Xeij = Xeji и Elj = Eji.
IV.1.8. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧ ЭФФЕКТ 387
Значения Xeij и Eij- зависят от ориентации осей координат по отношению к кристаллографическим осям диэлектрика. При соответствующем выборе осей X, у, Z величины Xexy, Xexz, Xeyz, Exs,, Exz и Esfz могут быть одно-нременно обращены в нуль, так что диэлектрические свойства анизотропного кристалла будут полностью характеризоваться тремя главными значениями ди-чектрической восприимчивости:
Xexx9 Xel Хеуу* XeS Xezz
и соответствующими им тремя главными значениями относительной диэлектрической проницаемости:
El = Zxx = I + Xel, E2 = eW = 1 + XeV Е3 = eZZ = 1 + Xe3-
8. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
1°. Сегнетоэлектриками называют кристаллические диэлектрики и полупроводники, обладающие в определенном диапазоне температуры спонтанной (самопроизвольной) поляризацией, которая легко изменяется под влиянием внешних воздействий — электрического поля, деформации, изменения температуры и т. п.
Свое название сегнетоэлектрики получили по первоначально обнаруженному кристаллическому веществу такими свойствами — сегнетовой соли. Сегнетоэлектриками являются также титанат бария, дигидрофосфат алия и др.
Сегнетоэлектрический образец разбит на небольшие 'о объему области — домены, которые спонтанно поля->изованы в различных направлениях.
2°. Относительная диэлектрическая проницаемость E ¦гнетоэлектрика зависит от напряженности E элект-тческого поля в нем. В слабых полях е быстро возрас-ет с увеличением Е, а затем, достигнув большого лксимального значения, монотонно убывает, асимп-т и чес к и стремясь к 1 в очень сильных полях. Зависи-г їсть электрического смещения от напряженности по-IЯ — нелинейная. При сравнительно не очень больших IС пчениях E осуществляется состояние насыщения, )ри котором поляризованность P сегнетоэлектрика до-
.¦ает максимального значения и дальше не изменя-¦ я с ростом Е.
388
IV.1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА
Pe
-Ec р
' E
Рис. IV.1.10
3°. Спонтанная поляризация в сегнетоэлектриках происходит в области температур, ограниченных, вообще говоря, верхней и нижней точками Кюри 0.
Для сегнетовой соли ©верх = 297 К, ©нижн = 255 К. Наличие одной точки Кюри 0, выше которой характерные свойства сегнетоэлектриков исчезают, обязательно для всех представителей этого типа веществ. При T > © тепловое движение нарушает спонтанную ориентацию дипольных моментов внутри доменов.
У разных сегнетоэлектриков в точке Кюри происходит фазовый переход первого или второго рода.
4°. У сегнетоэлектриков наблюдается явление диэлектрического гистерезиса — неоднозначная зависимость поляризованное™ P от напряженности E внешнего электрического поля при его циклическом изменении (рис. IV. 1.10). Величина Pe0 — остаточная поляризован-ность, а —Ec — напряженность электрического поля обратного направления, при которой исчезает поляризация сегнетоэлектрика.
5°. Пьезоэлектрический эффект (пьезоэффект) состоит в том, что при механических деформациях некоторых кристаллов в определенных направлениях на их гранях появляются электрические заряды противоположных знаков. Пьезоэффект наблюдается в кварце, турмалине, сегнетовой соли, титанате бария, цинковой обманке и других веществах. Пьезоэлектрический эффект в кварце происходит вдоль электрических осей X1, X2, X3 кристалла (рис. IV. 1.11), перпендикулярных к его оптической оси Z. Обращение направления деформации кристалла изменяет знаки зарядов на поверхностях на противоположные. Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в изменении линейных размеров некоторых кристаллов под действием электрического поля. Изменение направления электрического поля вызывает изменение характера деформаций на противоположный.
