55. П’єзоелектричний та електрострикційний ефекти. Сегнетоелектрики.

Сегнетоеле́ктрики або фероеле́ктрики — речовина, яка має спонтанний дипольний електричний момент в одній із кристалічних фаз, що існує в певному діапазоні температур.

Прикладом сегнетоелектрика є сегнетова сіль, від назви якої походить назва класу речовин, а також титанат барію.

Температурний діапазон, в якому сегнетоелектрик має спонтанний дипольний момент, називається полярною областю. Кристалічна модифікація, в якій сегнетоелектрик спонтанно поляризований називається полярною фазою. Кристалічна модифікація, в якій спонтанний момент відсутній називається неполярною фазою. Температура, при якій відбувається перехід між полярною й неполярною фазами, називається температурою Кюрі.

Більшість сегнетоелектриків мають одну температуру Кюрі, вище якої їхня фаза неполярна, а нижче — полярна. Проте існують сегнетоелектрики, в яких полярна фаза існує в певному температурному діапазоні, наприклад, сегнетова сіль.

Поведінка сегнетолектриків має багато спільних рис з поведінкою феромагнетиків.

У сегнетоелектричних кристалів існує кілька напрямків (відносно осей кристалічної ґратки), вздовж яких може бути направлений спонтанний дипольний момент. Такі напрямки називаються полярними вісями. При відсутності зовнішнього електричного поля сегнетоелектрик розділяється на області повної поляризованості відносно однієї з полярних осей — домени. Якщо полярна вісь лише одна, то можливі тільки дві орієнтації доменів, і кристал має шарувату доменну структуру. Якщо полярних осей кілька, доменна структура кристала сегнетоелектрика складніша.

Завдяки існуванню доменів при відсутності зовнішнього поля сумарний дипольний момент кристала сегнетоелектрика зазвичай дорівнює нулю, але в зовнішньому полі домени переорієнтовуються. В сегнетоелектриках спостерігається діелектричний гістерезис, аналогічний магнітному гістерезису феромагнетиків.

Поляризовність сегнетоелектриків

Особливістю сегнетоелектриків, яка визначає їхнє значення для електроніки, є аномально велике значення діелектричної проникності в полярній фазі.

Поляризовність сегнетоелектриків α в неполярній фазі зростає при наближенні до температури фазового переходу за законом

,

де С — константа для даного матеріалу, T — температура, а T₀ інша стала, яка називається температурою Кюрі-Вейсса й близька за значенням до температури Кюрі. Як видно, навіть у неполярній фазі в околі фазового переходу значення поляризовності аномально велике.

56. Електроємність провідників. Конденсатори.

Електрична ємність провідника С чисельно дорівнює заряду, надання якого провіднику збільшує потенціал будь-якої його точки на 1 вольт:

Для будь-яких двох провідників:  ,де φ₁ – φ₂ різниця потенціалів  цих провідників. [C] = Ф (фарад) = 1 Кл/В. 1Ф – дуже велика ємність. На практиці користуються частинами фарада: мкФ = 10 ^-6Ф, пФ = 10 ^-12Ф.

    Для одержання великої ємності треба до даного провідника наблизити другий провідник, а між ними ввести диелектрик; така система при зарядці накопичить великий заряд. Це пояснюється накладанням на поле данного провідника поля, наведеного у другому провіднику, і поля поляризованого діелектрик. При цьому потенціал системи, що заряджається ( а отже й надання системі нових порцій заряду), зменшується порівняно з випадком зарядки поодинокого провідника, тобто відбувається збільшення ємності.

Конденсатор – пристрій, що дозволяє у малій ділянці простору накопичити великий заряд. Конденсатор складається з двох близько розташованих провідників(обкладок), розділених шаром діелектрика.

Найбільш розповсюджені плоскі конденсатори. Формула ємності плоского конденсатора:

З’єднання конденсаторів:

1. Паралельне з’єднання конденсаторів дозволяє одержати великі ємності.

q = q₁+ q₂ +…+q_n ,

U=U₁=U₂= … =U_n

C₁=C₂+ … +C_n

2. Послідовне з’єднання

q = q₁= q₂ =…=q_n ,

U=U₁+U₂+ … +U_n