23.Полярізация дієлектриков. Сегнетоелектрики. Пьезоєлектрики.

Поляризацией диэлектрика называет­ся процесс ориентации диполей или по­явления под воздействием электрического поля ориентированных по полю диполей.

Соответственно трем группам диэлек­триков различают три вида поляризации:

электронная, или деформационная, по­ляризация диэлектрика с неполярными молекулами, заключающаяся в возникно­вении у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации элек­тронных орбит;

ориентационная, или дипольная, поля­ризация диэлектрика с полярными молеку­лами, заключающаяся в ориентации име­ющихся дипольных моментов молекул по полю. Естественно, что тепловое движение препятствует полной ориентации молекул, но в результате совместного действия обо­их факторов (электрическое поле и тепло­вое движение) возникает преимуществен­ная ориентация дипольных моментов мо­лекул по полю. Эта ориентация тем сильнее, чем больше напряженность элек­трического поля и ниже температура;

ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками, заключающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отри­цательных — против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.

Сегнетоэлектрики — диэлектрики, облада­ющие в определенном интервале темпера­тур спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью, т. е. поляризованностью в отсутствие внешнего электрического по­ля.

При отсутствии внешнего электриче­ского поля сегнетоэлектрик представляет собой как бы мозаику из доменов — об­ластей с различными направлениями поляризованности. Это схематически показа­но на примере титаната бария (рис. 139), где стрелки и знаки 0, © указывают направление вектора Р. Так как в смеж­ных доменах эти направления различны, то в целом дипольный момент диэлектрика равен нулю. При внесении сегнетоэлектрика во внешнее поле происходит переори­ентация дипольных моментов доменов по полю, а возникшее при этом суммарное электрическое поле доменов будет поддер­живать их некоторую ориентацию и после прекращения действия внешнего поля. По­этому Сегнетоэлектрики имеют аномально большие значения диэлектрической про­ницаемости (для сегнетовой соли, напри­мер, _max10⁴). Сегнетоэлектрические свойства сильно зависят от температуры. Для каждого сегнетоэлектрика имеется определенная тем­пература, выше которой его необычные свойства исчезают и он становится обыч­ным диэлектриком. Эта температура на­зывается точкой Кюри. Как правило, Сегнетоэлектрики имеют только одну точку Кюри; исключение со­ставляют лишь сегнетова соль (-18 и + 24 °С) и изоморфные с нею соединения. В сегнетоэлектриках вблизи точки Кюри наблюдается также резкое возрастание теплоемкости вещества. Превращение сегнетоэлектриков в обычный диэлектрик, происходящее в точке Кюри, сопровожда­ется фазовым переходом II рода.

Диэлектрическая проницаемость  (а следовательно, и диэлектрическая вос­приимчивость и) сегнетоэлектриков зави­сит от напряженности Е поля в веществе, а для других диэлектриков эти величи­ны являются характеристиками вещест­ва.

Следует упомянуть еще о пьезоэлектриках — кристаллических веществах, в которых при сжатии или растяжении в определенных направлениях возникает электрическая поляри­зация даже в отсутствие внешнего электриче­ского поля (прямой пьезоэффект). Следствием прямого пьезоэффекта является обратный пьезоэффект — появление механической дефор­мации под действием электрического поля. У не­которых пьезоэлектриков решетка положитель­ных ионов в состоянии термодинамического рав­новесия смещена относительно решетки отрица­тельных ионов, в результате чего они оказыва­ются электрически поляризованными даже без внешнего электрического поля. Такие кристал­лы называются пироэлектриками. Еще су­ществуют электреты — диэлектрики, длительно сохраняющие поляризованное состояние после снятия внешнего электрического поля (электри­ческие аналоги постоянных магнитов). Эти группы веществ находят широкое применение в технике и бытовых устройствах.