5.6. Пьезоэлектрики. Сегнетоэлектрики

В пьезоэлектриках наблюдается эффект, при котором деформация диэлектрика сопровождается его поляризацией (рис.5.3) и, наоборот, поляризация диэлектрика приводит к его деформации.

Рис. 5.3

Причем смена знака деформации (растяжение заменяется сжатием) приводит к смене знака поляризации

К пьезоэлектрикам относят, например, такие диэлектрики, как кварц, сегентовая соль, титанат бария и т.д., В настоящее время известно порядка 1800 пъезоэлектриков.

К сегнетоэлектрикамним относятся пьезоэлектрики, обладающие самопроизвольной (спонтанной) поляризацией в отсутствие внешнего электрического поля. Она может существенно изменяться под влиянием различных внешних факторов.

______________________________________________

1. Повзнер А.А., Валишев М.Г. Курс общей физики. СПб.:Издательство «Лань». 2009.576 стр.

2. Физика: Электростатика и постоянный ток. Модуль № 3. Конспект лекций /М.Г. Валишев, А.А. Повзнер. Екатеринбург: ООО "Изд-во УМЦ УПИ", 2004. 52 с.

3.Овчинников В.А. Общая физика, часть 2. Учебное пособие. Издание УПИ.1975г. 248 стр.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. В чем различие поляризации диэлектриков с полярными и неполярными молекулами?

2. Что такое поляризованность?

3. Дайте определение сегнетоэлектрикам В чем их отличительная особенность?

4. Сформулируйте теорему Гаусса для диэлектрика.

5. Какова связь диэлектрической проницаемости и электрической восприимчивостью среды

Лекция6. Проводники в электрическом поле

Проводники - это вещества, хорошо проводящие электрический ток.Отличительной особенностью таких веществявляется наличие в них свободных зарядов, которые способны перемещаться по проводнику под действием внешнего электрического поля. В металлических проводникахсвободными зарядами являются электроны. Они образуют некий газ свободных электронов, заполняющий кристаллическую решетку из положительно заряженных ионов. Проводниками являются металлы, электролиты, расплавы и т.д.

В металлических проводниках концентрация свободных зарядов может быть порядка 10²⁸ - 10²⁹м^-3.

6.1. Электризация проводников

Поместим во внешнее электрическое поле напряженности незаряженный проводник.

Рис.6.1.

На рис.6.1,а показан внесенный в поле проводник в начальный момент времени t =0. Под действием сил поля свободные заряды -электроны в проводнике приходят в движение. Движение свободных зарядов в проводнике происходит до тех пор, пока на его противоположных поверхностях не образуется такое количество индуцированного заряда, что его поле полностью компенсирует внешнее поле внутри проводника. Поэтому электрическое поле проводника внесенного во внешнее электрическое поле равно нулю. Такое явление получило название явления электростатической индукции. Индуцированные заряды могут быть сняты с проводника, в отличие от связанных зарядов в диэлектрике.Поскольку внешнее электрическое поле не проникает внутрь металла, то металлическую оболочку, сплошную или в виде сетки, используют для защиты (экранировки) различных приборов от внешних электрических полей.

Кроме того индуцированные заряды в проводниках могут быть пространственно отделены друг от друга. Рассмотрим простой пример. На рис.6.2,апоказан проводник и рис.6.2.б расположенный рядом с ним точечный отрицательный заряд, создающий электрическое поле вокруг проводника.

Рис.6.2.

Под действием сил электрического поля точечного заряда, заряды в проводнике придут в движение и переместятся на противоположные стороны проводника: свободные отрицательные заряды максимально удалятся от точечного отрицательного заряда под действием сил электростатического отталкивания, поэтому на ближайшей к заряду qстороне сконцентрируется весь положительный заряд проводника. После того, как заряды в проводнике разделятся под действием сил внешнего поля, мы разделим проводник на две равные части.На каждой половине останется некомпенсированный заряд - рис. 6.2,в. Если убрать зарядq, то одна половина сохранит положительный заряд, а вторая такой же по величине отрицательный заряд (рис.6.2,г).

С ледующая важная особенность электризации проводников состоит в том, что поле индуцированных зарядов влияет на суммарное поле вне проводника. Изменение хода силовых линий однородного поля при внесении в него незаряженного проводника показано на рис.6.3. При попадании проводника во внешнее электростатическое поле на противоположных торцах скапливаются в результате электростатической индукции заряды разных знаков. Разделение зарядов происходит до тех пор, пока возникающее при этом поле разделенных зарядов не скомпенсирует внешнее поле, так что суммарное поле внутри проводника не обратится в ноль. На рисунке показано, что силовые линии однородного поля искривляются, и часть линий заканчивается на одной стороне и вновь начинаются на противоположной стороне проводника.

Следует понимать, что если проводник, внесенный в электрическое поле, заполняет все пространство между двумя эквипотенциальными поверхностями, то внешние заряды не перераспределяются при этом и искажения силовых линий внешнего поля не происходит.