Безразмерная величина χ называется диэлектрической восприимчивостью вещества; она показывает насколько легко или трудно

22

Из формул (6) и (7) получаем

напряженность поля в диэлектрике меньше, чем в вакууме. Она называется относительной диэлектрической проницаемостью вещества.

Механизм поляризации связан с конкретным строением диэлектрика. По характеру строения диэлектрики можно разделить на несколько групп. Различают: неполярные или нейтральные диэлектрики, полярные диэлектрики, ионные диэлектрики или ионные кристаллы. Эти диэлектрики являются однородными и изотропными. Особое место занимают сегнетоэлектрики.

Сегнетоэлектрики - диэлектрики с необычными и интересными свойствами. Первоначально эти свойства были обнаружены у сегнетовой соли ( NaKC4 H4O6 × 4H2O ). В настоящее время известно большое

количество соединений, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами.

По практическому использованию наиболее распространенным является титанат бария ( BaTiO3 ).

Назовем свойства сегнетоэлектриков.

1. В некотором температурном интервале диэлектрическая проницаемость достигает очень больших значений (ε =104 ÷105 ).

2.Зависимость поляризованности от напряженности электрического поля P(E) нелинейная.

3.Диэлектрическая проницаемость не является постоянной величиной и зависит от напряженности поля.

4.Наблюдается явление диэлектрического гистерезиса.

23

5. При нагревании сегнетоэлектрика выше определенной температуры Tk , различной для разных веществ, сегнетоэлектрические

свойства исчезают, и образец превращается в обычный диэлектрик.

P02

Ec

5

4

Рис. 2

Рассмотрим поляризацию сегнетоэлектрика. Возьмем

сегнетоэлектрик в форме пластинки и поместим его между обкладками конденсатора. Если образец первоначально не был поляризован, то при

увеличении напряженности электрического поля поляризованность будет изменяться по кривой 0 →1 (рис.1). При некотором значении напряженности поля поляризованность достигает насыщения. Кривая

0 →1 называется основной кривой поляризации.

Если уменьшать напряженность поля, то поляризованность будет уменьшаться уже по кривой 1→ 2.

При E = 0 сегнетоэлектрик сохраняет остаточную поляризованность P0 .

Чтобы уничтожить остаточную поляризацию нужно приложить электрическое поле обратного направления. Поляризованность

сегнетоэлектрика обращается в нуль при некотором значении напряженности поля Ec . Значение Ec называется коэрцитивным полем.

При дальнейшем циклическом изменении электрического поля поляризованность будет изменяться в соответствии с петлеобразной кривой, изображенной на рис.2. Эта кривая называется петлей гистерезиса.

Причиной сегнетоэлектрических свойств кристаллов является существование в них областей самопроизвольной (спонтанной) поляризации, в которых возникает большой дипольный момент даже в отсутствие внешнего электрического поля. Эти области называются

24

диэлектрическими доменами. Спонтанная поляризация в обычных условиях не проявляется, так как размеры доменов малы, а направление поляризованности в разных областях различно.

Сегнетоэлектрики имеют важные практические применения. Материалы сложного состава, приготовленные на основе сегнетоэлектриков и имеющие высокую диэлектрическую проницаемость,

используют при изготовлении миниатюрных конденсаторов большой емкости. В сегнетоэлектриках имеет место пьезоэлектрический эффект:

поляризация кристаллического диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэффект) и изменение размеров кристалла при его поляризации внешним полем (обратный пьезоэффект). Этот эффект используется в электромеханических преобразователях: в излучателях и приемниках ультразвука, электромеханических манометрах, а также стабилизаторах и фильтрах радиотехнических частот.

Работа реального конденсатора, включенного в цепь переменного тока, сопровождается потерями энергии в диэлектрике. Можно показать,

что мощность диэлектрических потерь пропорциональна площади петли гистерезиса. Поэтому в сегнетоконденсаторах используют материалы с максимально узкой петлей гистерезиса.

Описание экспериментальной установки

Принципиальная схема опытной установки изображена на рис. 3.

Синусоидальное напряжение подаётся через повышающий трансформатор на цепь, состоящую из последовательно соединённых линейного конденсатора С1 и нелинейного конденсатора С0 типа К10-17 с изоляцией из сегнетоэлектрика. Заряды на этих конденсаторах одинаковы и пропорциональны напряжению:

Рис. 3

Величина заряда на обкладках конденсатора определяет модуль вектора напряженности электрического поля E0 :

25