Лекция №13 поляризация диэлектриков

НИЗОТРОПНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ

Восемь лет он разрабатывал проект извлечения из огурцов солнечных лучей. (Д. Свифт. Путешествия Гулливера)

Эта лекция посвящена описанию свойств анизотропных диэлектриков и их качественному объяснению. Количественная теория слишком сложна и выходит далеко за рамки нашего курса.

1. Пьезоэлектрики.

а). Общая характеристика.

Ряд веществ (кварц SiO₂, тростниковый сахар, винная кислота, хлорат натрия, цинковая обманка, турмалин, сегнетова соль, титанат бария) при механических воздействиях изменяют свои электрические свойства (на рисунке - фото кристалла кварца). Явление получило название пьезоэффекта (от греч. piezo - давлю) и было открыто в 1880 году братьями Кюри.

Обратный пьезоэффект предсказан Липпманом в 1881 году.

Пьезоэлектрическими свойствами обладают только ионные кристаллы, у которых отсутствует центр симметрии. Из известных 32 кристаллических классов не имеет центра симметрии 21 класс. Однако у одного из них сочетание других элементов симметрии делает пьезоэффект невозможным. Таким образом, пьезоэлектрические свойства могут наблюдаться у 20 кристаллических классов.

Всего известно более 1500 веществ, у которых проявляются пьезоэлектрические свойства. Остановимся на свойствах кварца.

На рис. 14.1 показан схематически кристалл кварца в a-модификации и его кристаллографические оси: OZ - оптическая ось. X₁, X₂, X₃ - пьезографические оси. Кристаллы кварца принадлежат к тригональной кристаллической системе и обычно имеют форму близкую к шестигранной призме, ограниченной двумя пирамидами. Пьезографические оси расположены под углом 120 градусов. При воздействии вдоль любой из пьезоосей на соответствующих гранях возникают электрические заряды.

б). Свойства.

Для наблюдения пьезоэффекта из кварца вырезают пластинку перпендикулярно одной из пьезографических осей как показано на рис.14.2.

Прикладывая механические напряжения вдоль оси Х на гранях перпендикулярных к ней ABCD и EFGH, получаем разноименные заряды - продольный эффект (рис.14.3). Если действовать вдоль оси перпендикулярной оси Y, то результат аналогичен - поперечный эффект.

Возможна и обратная ситуация: при наложении внешнего электрического поля кристалл деформируется, то есть наблюдается обратный пьезоэффект. В наиболее простом случае экспериментально было установлено, что

вещество

, 10^12 Кл/Н