Опытным путем установлено, что для однородных изотропных диэлектриков вектор поляризации: Диэлектрическая восприимчивость, где Диэлектрическая восприимчивость(хи) — диэлектрическая восприимчивость, не зависящая от напряженности поля величина.

Для большинства диэлектриков эта величина порядка 1, но для воды она равна 80, а для спирта – 30.

Диэлектрическая восприимчивость зависит от: химического состава и примесей, агрегатного состояния и температуры для полярных диэлектриков.

Рассмотрим электронную поляризацию. Как уже обсуждалось, в этом случае индуцированный дипольный момент молекулы равен: Диэлектрическая восприимчивость

Пусть в некотором объеме V содержится N молекул. Тогда: Диэлектрическая восприимчивость, т. е. диэлектрическая восприимчивость зависит только от концентрации молекул, поляризуемости молекулы и не зависит от температуры


Диэлектрическая восприимчивость (рис.41 а)

При дипольной поляризации ориентации диполей препятствует тепловое движение и поляризуемость обратно пропорциональна абсолютной температуре (рис.41 б).

При наличии обоих типов поляризации график зависимости восприимчивости от температуры смещен (рис.41 с).

Диэлектрическая восприимчивость Диэлектрическая восприимчивостьДиэлектрическая восприимчивость

РИС.41 РИС.42 РИС.43

Получим выражение для вектора электрического смещения, используя связь между вектором поляризации и напряженности.

Диэлектрическая восприимчивость

Диэлектрическая восприимчивость — относительная диэлектрическая проницаемость.

Формула связи Диэлектрическая восприимчивость справедлива только для однородных изотропных диэлектриков и позволяет рассчитать напряженность поля по известным вектору смещения и диэлектрической проницаемости.

Рассмотрим плоскопараллельный слой однородного и изотропного диэлектрика, расположенного перпендикулярно линиям напряженности электрического поля, созданного в вакууме (рис.42).

Поляризационные заряды создают поле, направленное противоположно внешнему полю и тогда результирующее поле в диэлектрике равно:


Диэлектрическая восприимчивость, Диэлектрическая восприимчивость,Диэлектрическая восприимчивость

Отсюда следует, что, в данном частном случае, диэлектрическая проницаемость – это число, показывающее во сколько раз напряженность поля в вакууме больше напряженности поля в диэлектрике: Диэлектрическая восприимчивость

Необходимо подчеркнуть, что это справедливо лишь при следующих условиях:

1)поле в вакууме и диэлектрике создается одними и теми же свободными зарядами,

2)диэлектрик однородный и изотропный,

3)диэлектрик безграничный или его поверхности совпадают с эквипотенциальными поверхностями внешнего поля.

Если эти условия не выполняются, то данное соотношение не справедливо.

ПРИМЕР. Линии внешнего поля не перпендикулярны граням диэлектрика (т. е. грани не совпадают с эквипотенциальными поверхностями внешнего поля) как на рис.43.

Так как вектор напряженности поля поляризационных зарядов направлен перпендикулярно граням, то, в этом случае, напряженность результирующего поля в диэлектрике зависит не только от диэлектрической проницаемости и величины напряженности внешнего поля, но и от ее направления.

4. Сегнетоэлектрики и их свойства.


Сегнетоэлектрикаминазывают полярные диэлектрики, которые в определенном интервале температур спонтанно (самопроизвольно) поляризованы, т.е.обладают поляризованностью при отсутствии внешнего электрического поля. К сегнетоэлектрикам относятся сегнетова сольNaKC4H4O64Н2О, титанат бария ВаTiО3, триглицинсульфат (NH2CH2COOH3)33H2SO4. В настоящее время известно уже свыше ста сегнетоэлектриков.

Сегнетоэлектрики обладают рядом своеобразных электрических свойств:

1. Диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков очень велика (103104), в то время как у большинства обычных диэлектриков она составляет несколько единиц.

2. Диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков является функцией напряженностиДиэлектрическая восприимчивостьвнешнего электрического поля (рис. 6) и температуры (рис. 7).

Диэлектрическая восприимчивость


3. У сегнетоэлектриков температурная зависимость имеет один (рис. 7) или несколько выраженных максимумов (рис. 8). Температуры, при которых наблюдаются эти максимумы называютсяточками Кюрик). Сегнетова соль имеет две точки Кюри (+22,5С и –15С). При нагревании сегнетоэлектрика выше Ткон утрачивает необыкновенные свойства и становится обычным диэлектриком. У сегнетоэлектриков, которые имеют две и больше точек Кюри, особые свойства наблюдаются только при температурах, лежащих в пределах между этими точками. Зависимостьот температуры подчиняется закону Кюри-Вейсса:

Диэлектрическая восприимчивость

где – константа, равная приблизительно 10-510-6град-1.

Диэлектрическая восприимчивость

4. Зависимость РотЕиDотЕне является линейной (рис. 9, 10).

Диэлектрическая восприимчивость

5. Для сегнетоэлектриков характерно явление насыщения, состоящее в том, что начиная с некоторого значения Е,Рне изменяется (Рs, рис. 9).


6. Всем сегнетоэлектрикам свойственен гистерезис(от греческого слова «гистерезис» – запаздывание), представляющий неоднозначную зависимость поляризованностиР(илиD) от напряженности электрического поля. ВеличинаР(илиD) определяется не только значениемЕв данный момент, но зависит еще от предшествующих состояний поляризации. При циклических изменениях поля зависимостьРотЕ(илиDотЕ) следует кривой, называемойпетлей гистерезиса.

Диэлектрическая восприимчивость

При первоначальном увеличении поля нарастание поляризованности описывается кривой 1. Уменьшение Рпроисходит по ветви 2. При обращенииЕв нуль поляризованность не исчезает, а лишь уменьшается до значенияРr, называемогоостаточной поляризованностью(если речь идет оДиэлектрическая восприимчивость, то остаточным смещениемDr). ЭДиэлектрическая восприимчивостьто говорит о том, что в сегнетоэлектриках имеется остаточная поляризация. Чтобы свести ее к нулю, нужно приложить полеЕспротивоположного направления.Величина Есназываетсякоэрцитивной силой. При дальнейшем изменении Е получается ветвь 3 петли гистерезиса. При температурах выше точки Кюри зависимостьР(илиD) отЕпри не слишком больших значениях напряженности поля становится линейной (рис. 12).


Диэлектрическая восприимчивость

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector