15.6. Сегнетоэлектрики

В отсутствие внешнего поля поляризованность полярных и неполярных диэлектриков равна нулю.

С уществует еще один класс диэлектриков – сегнетоэлектрики, обладающих в определенном интервале температур спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью при отсутствии внешнего электрического поля. Примером сегнетоэлектриков могут служить сегнетова соль и титанат бария .

Сегнетоэлектрики обладают следующими свойствами:

1. Имеют доменное строение – состоят из макрообластей с различными направлениями поляризованности – доменов (рис. 15.6.1). Каждый домен поляризован до насыщения (максимально). В отсутствие поля суммарный дипольный момент доменов равен нулю. При внесении сегнетоэлектрика в поле происходит переориентация дипольных моментов по полю, т.е. поляризация, причем дипольные моменты отдельных доменов поворачиваются как единое целое.

2. Обладают аномально большими значениями диэлектрической проницаемости. Например, для сегнетовой соли (для сравнения ).

3. Выше некоторой температуры утрачивают свои необычные свойства, превращаясь в обычные диэлектрики. Эта температура называется точкой Кюри.

4. Диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков , а, следовательно, и диэлектрическая восприимчивость , зависит от напряженности поля в веществе (для других диэлектриков ). Поэтому наблюдается нелинейная зависимость поляризованности от напряженности поля .

5. П ри переполяризации сегнетоэлектрика обнаруживается явление гистерезиса, то есть запаздывания следования за изменением поля (рис. 15.6.2) Если поляризация сегнетоэлектрика идет, достигая насыщения , по кривой 1, то уменьшение с уменьшением происходит по кривой 2. При сегнетоэлектрик сохраняет остаточную поляризованность . Чтобы уничтожить остаточную поляризованность (располяризовать сегнетоэлектрик), надо приложить электрическое поле обратного направления. Величина напряжденности этого поля называется коэрцитивной силой. Дальнейшее изменение приводит к изменению по кривой 3 петли гистерзиса.

Глава 16. Проводники в электрическом поле

16.1. Явление электростатической индукции

П роводники (металлы) – это тела, в которых электрические заряды могут перемещаться по всему объему. Если проводник внести в электрическое поле напряженностью , то на находящиеся в нем заряды будут действовать силы, которые для зарядов различных знаков направлены в противоположные стороны. Эти силы вызовут перераспределение свободных зарядов. По мере разделения положительных и отрицательных зарядов в объеме проводника образуется собственное электрическое поле с напряженностью , вектор которой направлен противоположно вектору напряженности внешнего поля (рис. 16.1.1, а). Смещение зарядов происходит до тех пор, пока в объеме проводника суммарная напряженность поля отлична от нуля, то есть пока на заряды действуют силы. Как только в каждой точке проводника, перераспределение зарядов прекратится – наступит равновесие (рис. 16.1.1, б). Таким образом, нейтральный проводник, внесенный в электростатическое поле, разрывает линии напряженности: они заканчиваются на отрицательных зарядах и вновь начинаются на положительных.

Перераспределение зарядов в проводниках под действием внешнего электрического поля называется электростатической индукцией.

Электростатическая индукция приводит к тому, что:

1. Электрическое поле внутри проводника отсутствует .

Этот вывод справедлив даже в том случае, если напряженность внешнего электростатического поля равна нулю. Если какому-то участку проводника сообщен некоторый электрический заряд, то в течение короткого времени этот заряд, независимо от того, существует ли внешнее электрическое поле или отсутствует, будет распределяться по объему проводника, пока не наступит равновесие (на заряды будет действовать поле других зарядов).

Если внутри проводника имеется полость, то при равновесном распределении зарядов поле внутри нее равно нулю. На этом основывается электростатическая защита. Когда какой-то прибор хотят защитить от воздействия внешних полей, его окружают проводящим экраном.

2. Проводник является эквипотенциальным телом Так как внутри проводника , то , следовательно, .

3. Внутри проводника нет электрических зарядов. Все заряды распределены по поверхности с плотностью . Поэтому напряженность поля вблизи поверхности проводника , где диэлектрическая проницаемость среды, окружающей проводник.

Пример 16.1.1. Два заряженных проводящих шара имеют радиусы и , а потенциалы соответственно и . Какие потенциалы будут иметь эти шары после соединения их тонким проводом? Шары находится в вакууме.