§ 95. Поляризация кристаллических веществ

До сих пор мы рассматривали поведение вещества, типичное для аморфного или мелкокристаллического тела или для монокристалла в некоторых специальных положениях по отношению к полю. Если же из монокристалла вырезать пластинку под произвольным углом к его граням и поместить эту пластинку между обкладками конденсатора, то можно обнаружить следующий эффект: пластинка поляризуется не только вдоль, но и поперек силовых линий, вектор не параллелен Следовательно, и вектор в этом случае не будет параллелен напряженности поля.

В монокристаллах направление, в котором отклоняется свободный электрический заряд не совпадает с направлением нормали к площадке, расположенной так, чтобы на ней индуцировался максимальный заряд Связь между становится более сложной, и чтобы уметь находить по значению или наоборот, оказывается недостаточным знать только диэлектрическую проницаемость. В любом монокристалле оказывается возможным найти три направления (главные оси), в которых Важно знать для этих трех направлений, тогда можно установить связь между и для произвольной ориентации кристалла в поле. Какова же будет связь между векторами в этом случае? Оказывается, что уравнение записанное в предыдущем параграфе и выведенное для случая параллельных векторов, сохраняется и тогда, когда векторы перестают быть параллельными. Имеется и другое отличие кристаллических тел от аморфных в отношении их диэлектрических свойств. Среди кристаллических веществ можно выделить относительно узкий класс тел, обладающих гистерезисными свойствами. Так как эти свойства были открыты впервые у сегнетовой соли, то вещества этого типа называют сегнетоэлектриками. Своеобразие их поведения заключается в следующем (см. также стр. 562).

Поместим сегнетоэлектрик (для простоты будем предполагать, что имеем дело с порошком или с кристаллом, расположенным по отношению к полю так, что между обкладками конденсатора. Будем изменять напряжение на обкладках конденсатора и, следовательно, напряженность поля и измерять плотность зарядов а на обкладках конденсатора, которая при даст нам величину индукции По мере увеличения величина индукции будет

расти, однако не прямо пропорционально Рост будет замедляться и, наконец, наступит насыщение. Ясно, что насыщение соответствует насыщению поляризации. Начнем теперь уменьшать напряжение на обкладках. Смещение и поляризация начнут падать, кривая пойдет вниз, но не по тому пути, по которому происходил рост. В результате при полном снятии напряжения индукция и поляризация в диэлектрике не будут равны нулю. Диэлектрик станет подобным постоянному магниту. У него будут «северный» и «южный» электрические полюсы, и он будет вести себя как большой постоянный диполь.

Рис. 101.

Дальнейшее поведение сегнето-электриков очевидно из рис. 101, на котором изображена гистерезисная петля. Чтобы «разэлектризовать» диэлектрик, надо изменить знак напряжения на обкладках конденсатора. Увеличивая поле обратного направления, мы снимем поляризацию диэлектрика, затем вновь наэлектризуем его, но переменим местами полюсы. Наконец, опять достигнем насыщения, и далее процесс может быть повторен в обратную сторону.

Почему эти явления называются гистерезисными? В переводе с греческого гистерезис — запаздывание. Петля, изображенная на рисунке, показывает, что значения а также и 8, зависят от прошлого состояния образца, т. е. от его истории.

Все кристаллы, не обладающие в числе своих элементов симметрии центром симметрии (см. стр. 562), проявляют интересную способность изменять свои размеры при наложении электрического поля. Это явление носит название электрострикции.

Термодинамические соображения показывают: если электрическое поле вызывает деформацию, то деформация в свою очередь должна привести к поляризации. Этот эффект называется пьезоэлектрическим. О применениях пьезоэффекта несколько слов было сказано в Связь этого явления со структурой вещества будет обсуждаться на стр. 635.