6-мавзу: Муҳитнинг диэлектрик сингдирувчанлиги ва қабул қилувчанлиги. Икки диэлектрик муҳит чегарасида қутбланиш ва индукция

D силжиш ортишини кўрсатади.

Диэлектриклар бўлганидаги

механикавий кучлар.

Юкорида тасвирланган тажрибалар, электр майдондаги диэлектрикларга механикавий кучлар таъсир қилишини кўрсатади. Агар диэлектрик бутунлай зарядланмаган бўлса ҳам, бу кучлар пайдо бўлади.

Бу кучларнинг пайдо бўлишини юқорида тушунтирган эдик. Электр май-дондаги диэлектрикларда қутбловчи зарядлар пайдо бўлиши туфайли, (сиртий зарядлар ҳам, ҳажмий зарядлар ҳам), бу кучлар ҳосил бўлади ва шунинг учун, диэлектрикнинг ҳар қайси сирт ва ҳажми элементига муайян куч таъсир қилади.

Агар жисм вакуумда эмас, балки бирор бошқа муҳитда турган бўлса, унда қутбланиш атрофдаги муҳитда ҳам содир бўлади ва шунинг учун, жисмга таъсир қилувчи кучлар, жисмнинг қутбловчи зарядларига қандай боғлиқ бўлса, атроф муҳитнинг қутбловчи зарядларига ҳам шундай боғлиқ бўлади.

7-расмда тасвирланган тажриба, бу айтилганларга яхши мисол бўлади. Ипга парафин а-шарчани осиб, уни изоляцияланган металл б-шарча якинига жойлаштирамиз. Шарчаларнинг иккаласи ҳам хавода турганида, металл шарчани зарядласак, парафин шарча унга тортилади. Агар иккала шарчани ҳам, ацетонга ботирсак (ацетоннинг диэлектрик сингдирувчанлиги парафин-никига қараганда катта), унда парафин шарча металл шарчадан итарилади.

7-расм. а- парафин зарядланган б-металлга ҳавода

тортилади, ацетонда ундан итарилади.
Бу тажриба қуйидагича тушунтирилади. Шарча сиртида σ₁^'-сиртий зич-лиги бўлган қутбловчи зарядлар, шарчага ёндош муҳит чегарасида σ₂^'-сиртий зичлиги бўлган қарама-қарши ишорали қутбловчи зарядлар пайдо бўлади; шунинг учун, шарча сиртига таъсир қилувчи куч, натижавий заряд (σ₁^'- σ₂^') га боғлик бўлади. Агар муҳитнинг диэлектрик сингдирувчанлиги ε₂<ε₁ бўлса, унда σ₂^' < σ₁^' бўлади. Агар ε₂> ε₁, бўлса, унда σ₂^' > σ₁^' натижавий заряд ишорасини ўзгартиради ва шунинг учун, тортишиш кучи итаришиш кучига ўтади.

Диэлектрик муҳитга киритилан ёки туширилган жисмга таъсир қилувчи кучнинг катталиги, жисмдаги фақат эркин зарядларгагина боғлиқ эмас.

Қутбланиш туфайли, диэлектрикнинг ҳар бир ҳажм элементига кучлар таъсир қилади ва шунинг учун, электр майдонида, диэлектриклар деформацияланади. Бу ҳодиса электрострикция ҳодисаси дейилади. Электрострикция туфайли, диэлектрик ичида механикавий кучлар пайдо бўлади. Шунинг учун, диэлектрикдаги бирор жисмга таъсир қилувчи механикавий кучни, бевосита тўла ҳисоблаш, одатда, жуда мураккаб бўлади. Аммо кўпгина ҳолларда, механикавий кучларни, уларнинг пайдо бўлишини синчиклаб қараб ўтирмай, энергиянинг сақланиш қонуни ёрдамида ҳисоблаш мумкин.

Диэлектрик кристалларнинг

электр хусусиятлари.

Сегнетоэлектриклар.

Қаттиқ ҳолатдаги баъзи химиявий бирикмаларнинг диэлектрик хоссалари жуда ғалати ва қизиқ бўлади. Дастлаб бу ҳоссалар сегнет тузи кристалларида топилган эди ва шунинг учун, шунга ўхшаш барча диэлектриклар сегнето-электриклар (ёки ферроэлектриклар) деб аталди.

Сегнет тузи NaKC₄Н₂О.4Н₂О вино кислотасининг иккиланган натрий-калийли тузидан иборат. Унинг кристали ромбик системадан иборат бўлиб, одатда 42-расмда кўрсатилган кўринишга эга. Сегнет тузи кристаллари кес-кин анизотроп ҳоссаларни қайд қилади. Қуйида тавсифланадиган сегнето-электрик хоссалар, конденсаторларнинг электр майдони, кристаллографик а-ўқи бўйича йўналганда кузатилади (1-расм).

Сегнет тузининг биринчи хоссаси шундаки, бирор температура интервалида унинг ε-диэлектрик сингдирувчанлиги жуда катта бўлиб, қиймати ε=10000 га яқин бўлади.


1-расм. Сегнет тузи кристали:

а, б, с-кристаллографик ўқлар.

Сегнет тузининг иккинчи муҳим хоссаси, электр силжишнинг майдон кучланганлигига боғлиқлиги, тадқиқ қилишда қайд килинади. Силжиш электр майдонга пропорционал бўлмай қолади, демак, диэлектрик сингдирув-чанлиги, майдон кучланганлигига боғлиқ бўлади. Бу боғлиқлик турли сегнетоэлектриклар учун, турлича бўлади.

Учинчи хоссаси шундан иборатки, сегнет тузида, электр силжишнинг қиймати, фақат майдон кучланганлигининг қиймати билан эмас, балки қутбланишнинг олдинги ҳолатларига ҳам боғлиқ бўлади. Бу ҳодиса диэ- лектрик гистерезис дейилади. D-cилжишнинг Е-майдон кучланганлигига боғлиқлиги 2- расмда тасвирланган кўринишга эга бўлади. Майдонни даст-лабки орттиришда, силжишнинг ўсиши 1-эгри чизиқ тармоғи билан тасвир-ланади. Бу чизиқ D-тўйинишга эришгунча ўсиб боради, сўнгра ўзгармай қолади. Агар, сўнгра электр майдон (конденсатордаги кучланиш)

2-расм. Сегнетоэлектриклардаги

диэлектрик гистерезис чизиғи.

камайтирилса, унда силжишнинг камайиши, 2- эгри чизиқ тармоғи бўйича бўлади. Майдон нолга тенглашганда, силжиш нолга тенг бўлмайди ва D₁ кесма билан тасвирланади. Бу сегнет тузида қолдиқ қутбланиш борлигини билдиради ва ҳатто, ташқи электр майдон бўлмаганда ҳам, сегнет тузи қутб- ланган бўлиб қолади.

Қолдиқ қутбланишни йўқотиш учун, тескари йўналишдаги E₁- электр майдон

ҳосил қилиш лозим. Электр майдонни бундан кейинги циклик ўзгариши- даги силжиш ўзгариши, ҳалқасимон эгри чизиқ -гистерезис ҳалқаси орқали тасвирланади.

Бу ҳоссалар фақат сегнет тузи учун эмас, балки ҳаммасегнетоэлектрик-лар учун ҳам тааллуқлидир.

Сегнетоэлектрикларнинг ҳоссалари температурага кучли боғлиқ. Темпера-тура бирор Т_к қийматидан ортганда (бу температура турли моддалар учун турлича бўлади), сегнетоэлектрик ҳоссалари йўқолади ва сегнетоэлектриклар оддий диэлектрикларга айланади. Бу температурани Кюри шарафига Кюри температураси ёки Кюри нуқтаси дейилади. У бириичи бўлиб, темир ва унга ўхшаш моддалар (ферромагнетиклар) нинг магнит хоссаларини ўрга-нишда бундай критик температура мавжудлигини топган эди. Баъзи ҳоллар-да, масалан, сегнет тузи учун, иккита Кюри температураси мавжуд бўлиб (+22,5° С ва -15°С), мана шу иккала нукта орасида ётган температуралар-дагина сегнетоэлектрик ҳоссалар кузатилади. Кюри нуқталари битта ёки бир нечата бўлиши, барча сегнетоэлектрикларнинг тўртинчи ҳоссасидир.

Сегнет тузидан ташқари, бошқа бирикмалар, масалан, КН₂ РО₄ (калий фосфат) ва КН₂АsО₄ ҳам сегнетоэлектрлк хоссаларга эга. Амалда барий метатитанати ВаТiО₂ муҳим сегнетоэлектрикдир.Унинг Кюри нуқтаси 80°С га якин, диэлектрик сингдирувчанлиги максимумда ε=6000-7000 га етади.

Сегнетоэлектриклар муҳим амалиб аҳамиятга эга. Сегнетоэлектриклар асосида мураккаб диэлектриклар тайёрланиб ва уларга турли аралашмалар қўшиб, сиғими катта, ўлчамлари кичик бўлган конденсаторлар олиш ва уларга юқори сифат бериш мумкин.

Сегнетоэлектрик хоссаларининг вужудга келишига сабаб, сегнетоэлек-трикларда зарралар орасида кучли ўзаро таъсир остида содир бўладиган ўз-ўзидан қутбланишдир. Бу ўзаро таъсир натижасида, сегнетоэлектриклар алоҳида соҳаларга – ўз-ўзидан қутбланиш соҳаларига тақсимланади. Ўз-ўзи-дан қутбланиш соҳаларида, ҳатто ташқи электр майдон бўлмаганда ҳам, катта электр момент пайдо бўлади.

Оддий шароитларда, ўз-ўзидан қутбланиш намоён бўлмайди. Агар кўрсат-илган соҳалар кичик бўлса, унда қутбланиш вектори турли соҳаларда, турли-ча йўналган ва бутун сегнетоэлектрик электр моментининг натижавий қиймати нолга яқин (3, а-расм). Бундай жойлашиш минимум энергияга тўғри келади, акс ҳолда, сегнетоэлеқтрик атрофида қўшимча энергияга эга бўлган электр майдон пайдо бўлар эди. Агар ўз-ўзидан қутбланиш соҳаси катта бўлса, ёки агар кристаллнинг ҳаммаси битта шундай соҳадан иборат бўлса, унда одатда, қутбланиш намоён бўлмайди, чунки кристалл сиртида, кристаллнинг қутбловчи зарядларини компенсациялайдиган сиртий зарядлар ҳосил бўлади (ҳаводан ионларнинг ўтиши туфайли, ёки кристаллнинг электр ўтказувчанлги ҳисобига шундай бўлади). Шунинг учун, иккала ҳолда ҳам, сегнетоэлектрикнинг бирор сабабларга кўра пайдо бўладиган электр моменти ўзгаришини кузатиш мумкин.

Ташқи электр майдонда, айрим соҳаларда, қутбланиш йўналишининг ўзгариши рўй беради.Бу ўзгариш шундайки, қутбланиш векторлари, майдон йўналишига параллел бўлган вазиятга яқинлашади ва майдон қанчалик кучли бўлса, у шу вазиятга шунчалик кучли якинлаша боради (3,б-расм).

а) б)
3-расм. Сегнетоэлектрикларда ўз-ўзидан қутбланиш

соҳаси ва уларда қутбланиш векториининг

йўналиши: а- қутбланмаган сегнетоэлектрик,

б- қутбланган сегнетоэлектрик

Шунинг учун, бутун сегнетоэлектрикнинг электр моменти ўзгаради, бу ўзгариш унинг кутбланиши каби кабул килинади.

Ўз-ўзидан қутбланиш соҳаларининг бўлиши,сегнетоэлектрикларнинг энг умумий ва аниқ белгисидир.