Основы физики твердого тела. - Зиненко В.И.
Скачать (прямая ссылка):
проходящих через центр симметрии и находящихся от него на равных
расстояниях. Для существования пироэлектричества, помимо отсутствия
центра симметрии, необходимо еще наличие единичного полярного
направления. Уместно напомнить, что единичным (особенным) называют
единственное, не повторяющееся в кристалле направление; полярное
направление - такое, концы которого физически и геометрически
неэквивалентны. Совместное действие указанных критериев ограничивает
число классов симметрии пироэлектрических кристаллов десятью: 1, 2, 3, 4,
6, га, тт2, 3га, 4гага, 6тт. Ярким представителем кристаллов этого типа
является турмалин.
В таких кристаллах, наряду с пироэлектрическим эффектом, существует и ему
обратный - электрокалорический эффект, суть которого в изменении
температуры образца пироэлектрика при наложении электрического поля
определенного знака и направления.
Здесь следует отметить, что между пироэлектриками и сегне-тоэлектриками
существует определенная взаимосвязь. Действительно, симметрия
сегнетоэлектрических кристаллов в полярной фазе обязательно должна
совпадать с симметрией одного из пироэлектрических классов симметрии, тем
самым сегнетоэлектрики обладают и пироэлектрическими свойствами, причем
значения пироэлектрических коэффициентов у них гораздо выше, чем у
пироэлектриков.
Специфические свойства пироэлектриков используются для высокоточного
измерения изменений температуры, в приборах ночного видения, для
определения мощности электромагнитного излучения.
Прямой пьезоэлектрический эффект состоит в поляризации кристалла вдоль
некоторого направления при механическом деформировании определенного
типа. Критерий его существования - только отсутствие центра симметрии,
благодаря чему число классов симметрии, для которых пьезоэффект возможен,
расширяется. Существует и обратный пьезоэлектрический эффект -
пьезоэлектрический кристалл будет деформироваться под действием
приложенного в определенном направлении электрического поля. Поскольку
пьезоэлектрики являются подклассом пироэлектриков, все пироэлектрические
кристаллы обладают пьезоэлектрическими свойствами; обратное неверно. К
практически важным пьезоэлектрическим материалам относятся кварц, ниобат
и танталат лития, тетраборат лития, германо- и силикосиллениты и др.
7.11. Активные диэлектрики
181
Пьезоэлектрики применяются в массовом количестве в таких областях, как
пьезотехника (высокостабильные резонаторы и фильтры, в том числе для
производства часов, для стабилизации частоты приемно-передающих устройств
и компьютеров; в качестве чувствительных элементов в датчиках давления,
влажности, газового состава и др.), в устройствах акустоэлектроники
(высокочастотные линии задержки, фильтры и резонаторы на поверхностных
акустических волнах, сенсоры различного назначения), в качестве
преобразователей акустического излучения в гидроакустике и для приборов
медицинской акустики. При выборе кристаллов, помимо хороших
пьезоэлектрических свойств, часто принимают во внимание такие важные
свойства, как малые потери на распространение акустических волн, а также
наличие срезов и направлений с термостабильностью упругих свойств.
В некоторых диэлектриках (электретах) существует остаточная поляризация
(поляризация в отсутствие каких-либо воздействий). В известной мере для
таких веществ уместна аналогия с постоянными магнитами. Как правило,
электретный эффект в них - искусственного происхождения и достигается,
например, путем выдержки соответствующего диэлектрического материала в
постоянном электрическом поле при повышенных температурах
(термоэлектреты). К числу веществ, в которых возможно создание и
длительное существование остаточной поляризации, относятся и органические
(карнаубский и пчелиный воск, церезин, некоторые полимеры), и
неорганические (стекла, ситаллы, сера, галогениды, титанаты) диэлектрики.
Важным применением электретов являются высокочувствительные электретные
микрофоны.
Задачи
7.1. Вычислить дипольный момент, индуцированный в атоме протоном.
Расстояние до протона 20 А, поляризуемость атома 10_4ОФ -м2.
7.2. Найти энергию атома, помещенного в электрическое поле Е.
Поляризуемость атома а.
7.3. Рассчитать отношение внутреннего поля к внешнему, полагая, что
внутреннее поле равно полю в приближении Лоренца (7.24). Поляризуемость
атомов 1СГ40Ф • м2, концентрация 5 • 1028м-3.
7.4. Найти вклад дипольной поляризации в теплоемкость диэлектрика.
7.5. Найти диэлектрическую проницаемость кристалла, состоящего из
осцилляторов с уравнением дв?1жеШ1пт((Рх / dt2-\-(l/т)(1х / dt-\-bjQx) =
= qEо ехр (-iujt), где т - масса, q - заряд, и>о - резонансная частота, г
- время релаксации.
7.6. Основываясь на представлениях об ангармонических колебаниях частиц в
кристаллической решетке, объяснить возможность изменения поляризации
кристалла с изменением температуры (пироэлектрический эффект).
Глава 8
ЭЛЕКТРОНЫ В МЕТАЛЛАХ
В металле свободный электрон взаимодействует с периодически
