Файл: Китайгородский А.И. Введение в физику учеб. пособие для студентов высш. техн. учеб. заведений.pdf

же из монокристалла вырезать пластинку под произвольным углом к его граням и поместить эту пластинку между обкладками конден­ сатора, то можно обнаружить следующий эффект: пластинка поля­ ризуется не только вдоль, но и поперек силовых линий, вектор Р не параллелен Е. Следовательно, и вектор D в этом случае не будет параллелен напряженности поля.

В монокристаллах направление, в котором отклоняется свобод­ ный электрический заряд (Е), не совпадает с направлением нормали к площадке, расположенной так, чтобы на ней индуцировался мак­ симальный заряд (D). Связь между DnE становится более сложной, и чтобы уметь находить D по значению Е, или наоборот, оказыва­ ется недостаточным знать только диэлектрическую проницаемость. В любом монокристалле оказывается возможным найти три направ­

для произвольной ориентации кристалла в поле. Какова же будет связь между векторами D, Е и Р в этом случае? Оказывается, что уравнение D=E+4nP, записанное в предыдущем параграфе и вы­ веденное для случая параллельных векторов, сохраняется и тогда, когда векторы перестают быть параллельными. Имеется и другое отличие кристаллических тел от аморфных в отношении их диэлек­ трических свойств. Среди кристаллических веществ можно выделить относительно узкий класс тел, обладающих гистерезисными свой­ ствами. Так как эти свойства были открыты впервые у сегнетовой

Поместим сегнетоэлектрик (для простоты будем предполагать, что имеем дело с порошком или с кристаллом, расположенным по отношению к полю так, что D\\E) между обкладками конденсатора. Будем изменять напряжение на обкладках конденсатора и, следова­ тельно, напряженность поля Е= Did и измерять плотность зарядов о на обкладках конденсатора, которая при ЩЕ даст нам величину индукции D. По мере увеличения Е величина индукции D будет

расти, однако не прямо пропорционально Е. Рост D будет замедлять­ ся и, наконец, наступит насыщение. Ясно, что насыщение D соот­ ветствует насыщению поляризации. Начнем теперь уменьшать на­ пряжение 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 (Е=0) индук­ ция и поляризация в диэлектрике не будут равны нулю. Диэлектрик

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

Все кристаллы, не обладающие в числе своих элементов симмет­ рии центром симметрии (см. стр. 562), проявляют интересную спо­ собность изменять свои размеры при наложении электрического

ческое поле вызывает деформацию, то деформация в свою очередь

в электрическое поле, могут возникнуть следующие вопросы. Какие силы и моменты сил действуют на это тело? Как искажается поле при внесении в него диэлектрика?

Внесенное в поле диэлектрическое тело поляризуется и приобре­ тает некоторый дипольный момент. Поэтому поведение такого тела в электрическом поле, вообще говоря, не отличается от поведения диполя. Если вектор поляризации направлен под углом к напряжен­ ности поля, то такое положение диэлектрика будет неустойчивым. На тело будет действовать момент сил, стремящийся повернуть тело так, чтобы векторы Р и Е стали параллельными.

Это приводит к тому, что диэлектрическое тело, внесенное в дан­ ное однородное электрическое поле, устанавливается в определен­ ном положении равновесия, зависящем от формы тела. Рас­ смотрим это на примере диэлек­ трического стерженька.

Мы убедимся на опыте, что положением равновесия являет­ ся такое, при котором длинная ось совпадает с силовой линией. Почему так происходит? Ведь у стерженька отсутствуют фикси­ рованные полюсы. Причину та­ кого своеобразного поведения разъясняет рис. 102. В изобра­ женном прямоугольном сечении стержня можно свести действу­

ющие на связанные заряды силы к четырем силам, приложенным к четырем поверхностям прямоугольного стержня. Мы видим, что силы, действующие на большие грани стержня, почти уравновеши­ ваются, а силы, действующие на малые грани, образуют пару сил, переводящую стержень в положение вдоль силовых линий.

Если тело находится в неоднородном поле, то, кроме момента сил, на него будут действовать и силы, втягивающие диэлектрик в область более сильного поля. Это явление можно с успехом демон­ стрировать на диэлектрических жидкостях, заставляя жидкость в трубочке подниматься при наложении напряжения на конденсатор. Силы этого же типа, т. е. действующие на диполи в неоднородном поле, заставляют бумажки лепиться к стеклянной или эбонитовой палочке, натертой мехом или кожей.

Перейдем теперь к вопросу об искажении электрического поля при внесении в него диэлектрического тела. Прежде всего, покажем, что общие законы электрического поля приводят к важным соотно­ шениям, связывающим значения электрических полей по одну и другую сторону границы диэлектриков.

Векторы напряженности электрического поля в двух соседних точках, находящихся по разные стороны границы диэлектриков с проницаемостями гг и е2 , должны отличаться друг от друга как по величине, так и по направлению. Разложим эти векторы на составляющие вдоль границы и по нормали к ней. Мы можем утверждать, что поле, направленное вдоль границы, должно быть