Файл: Воробей З.Ф. Физика диэлектриков. Диэлектрики в постоянном электрическом поле конспект лекций.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 05.08.2024

Просмотров: 141

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

- 48 -

Л. а ,

4 ПоДор =о

Оптом Рис.15

Мы выразили поляризуемостьСГо^чѳрез молекулярные конс­

танты . /^ о и IUI • Это положение подтверждается эксперимен ­

тальными данными.

Ионные кристаллы нѳкубической системы, например, кристал­ лы сѳгнетоэлѳктриков,можно рассматривать состоящими ив дипольных ыолѳкуд. Ионы в них смещены друг относительно друга, а

поэтому молекула имеет дипольный момент, диэлектрическая про­ ницаемость таких кристаллов имеет равное значение в направ­

лении

разных осей . Так,

тіяяВаТіОз при

среднем

значении

-

1500

анизотропия вдоль осей приблизительно

такова:

£ ,

=

200;

(f2*

ч-ООО. Для

триглицинфоофата

<ff =

7,

<f2 = й-0000.

 

 

Оба кристалла в сѳгнѳтоэлѳктрической области имеют

тетрагональную

структуру.

 

 

 

 

 

 

-

49

-

 

 

 

 

 

 

 

Вопросы

к р а з д е л у

3

 

 

 

I .

Перечислите' основные

виды

поляризации .

д.2. К а к и е . в е л № д а ш л ш ш > т с я

молекулярными

х а р а к т е р и с т и к а ­

ми: поляризации?

 

 

 

 

 

 

 

3.

В -чем-заключается у п р у г а я

э л е к т р о н н а я

поляризация?

4 .

Как. р а с с ч и т а т ь поляризуемость

атома

водорода?

5.

Какие ;лредооложеяия! можно

с д е л а т ь о

поляризуемости

атомов?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Поляризуемость . ионов•при

электронной

упругой п о л я р и з а -

ц и и .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

Особенности электронной

поляризации .

 

 

8.

В чем заключается упругая ионная поляризация?

9.

Как р а с с ч и т а т ь поляризуемость

ионного

смещения?

10.

Чему

р а в н а энергия диполя

в

однородном электрическом

поле?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I I .

Как

р а с с ч и т а т ь

поляризуемость упруго

связанных

.полярных

молекул?

 

 

 

 

 

 

 


Р А З Д Е Л

4

 

 

РЕЛАКСАЦИОННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ

 

§ 18. Ионнс-релаксационная

поляризация

 

 

О

 

 

 

Ионно-релаксационную

поляризацию

называют т а к же

т е п л о ­

вой ионной поляризацией .

Такая поляризация происходит

в д и ­

электриках, которые содержат слабо связанные ионы. Ионно - ре -

лаксационная поляризация я в л я е т с я

ч а с т о встречающимся

видом

поляризации,

т а к к а к

слабо

связанные

ионы

присутствуют

во

многих диэлектриках -

в керамике,

в с т е к л а х ,

в

о и т а л л а х .

 

 

В ионных

кристаллических

диэлектриках

слабо

связанными

ионами являются дефектные ионы. Дефектными

ионами

могут

я в ­

л я т ь с я ионы примесей

или собственные

ионы,

если

нарушен

с т е - .

хиометрический с о с т а в . Пустые

узлы

(ионные

вакансии)

в

и о н ­

ных кристаллах тоже приводят к ионной релаксационной

п о л я р и ­

зации .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В чем заключается э т а

поляризация

и почему

ее

называют

тепловой ионной поляризацией?

Для

т о г о

чтобы

о т в е т и т ь

на

этот

вопрос,мы должны

построить

модель

поляризэции .

Эта

м о ­

д е л ь

не будет

такой простой,

к а к

в

случае

упругих

п о л я р и з а ­

ций, модель релаксационной поляризации должна быть

с т а т и с т и ­

ческой . Надо

описать

поведение в с е х

слабо

связанных

ионов, а

затем, для р а с ч е т а поляризуемости,

перейти

к

одной

ч а с т и ц е ,

т . е . получить

эквивалентное

значение

поляризуемости .

 

 

 

 

§ 19 * Модель

ионно-релаксационной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поляризации

 

 

 

 

 

 

 

 

Представим с е б е твердый диэлектрик, содержащий слабо с в я -


занные ионы. Слова «слабо связанные" означают, что ион может

перемещаться

только в ограниченной области

диэлектрика, т а к

какнаходится

под

действием окружающих

е г о

частиц (тоже ионов

или

м о л е к у л ) .

Это

значит

т а к же, ч т о

потенциальная энергия

иона

имеет относительно

минимальные значения в определенных

м е с т а х . Эти м е с т а , соответствующие минимальному значению п о ­

тенциальной энергии, только частично заняты слабо связанными или „дефектными" ионами. Пусть расстояние между двумя возмож­

ными положениями

иона с

минимальной энергией равно

Ö .

По ­

ложение

с минимальной^ііотенциальной

энергиейназывают

потенци­

альной

я м о й . На р и с . £6

изображена

потенциальная

кривая,

т . е .

к р и в а я , показывающая,как

меняется

потенциальная

ѳнергия

ч а с ­

тицы при движении

в определенном

направлении .

 

 

 

U

Рис. 16


-52 -

 

 

На потенциальной кривой имеется д в е потенциальные ямы.

Они-то и соответствуют возможным местам закрепления

иона .

 

 

 

Величину

U

 

называют

глубиной 'потенциальной ямы

 

или

высотой потенциального барьера в зависимости

от

т о г о ,

что

мы

возьмем

за

начало

о т с ч е т а

потенциальной

э н е р г и и .

 

С

физической

точки

зрения

U

 

я в л я е т с я

энергией

 

закрепления

 

иона .

 

 

 

 

 

При

Т ~

0

ионы

 

закреплены

в

некоторых

потенциальных

ямах,

остальные,

 

как

 

уже

было

с к а з а н о ,

свободны.

 

 

 

 

 

 

 

 

При

 

Г >

0

тепловое

движение

ионов

состоит

из

колебаний

в месте

закрепления

и

перемещений

из

одного

места

закрепления

в д р у г о е .

Ионы совершают

колебания

 

с ч а с т о т о й

V .

Эта

 

ч а с т о т а

определяется

упругими

силами

с в я з и

 

в

месте

з а к р е п л е н и я .

П е р е ­

мещения

могут

совершать

лишь

т е

ионы,

которые

имеют

энергию

теплового движения, достаточную для преодоления

п о т е н ц и а л ь ­

ного

б а р ь е р а .

Вероятность

т о г о ,

что

ч а с т и ц а ,

участвующая

в

тепловом

движении,имеет

энергию,большую

или

равную

U

>

по

классической

статистике

Больтцмана

 

равна е

^

 

,

г д е

 

Г

- -

абсолютная

температура,

а

 

К

 

постоянная

Болвтцмана.

 

 

 

Если

внешние

силы

отсутствуют,

то

в с е

направления

 

п е р е ­

броса ионов только за счет теплового хаотического движения

равновероятны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запишем, чему равно число ионов, которые могут

п е р е с к о -

чнть из первой потенциальной ямы во вторую . Вдоль каждою из

трех

взаимно

перпендикулярных

направлений

движется

1/3

в с е х

молекул;

половина

из

 

них,

т . е . 1/6

 

П0

,

движется

в

н а п р а в л е ­

нии

положительной

оси

X

. Каждый

ион

к о л е б л е т с я

 

с . ч а с т о т о й

V

. Можно с к а з а т ь ,

что

 

V - число попыток одного иона

 

п е р е ­

скочить

потенциальный

б а р ь е р ,

a

ІЬП0Ѵ

-

число

попыток

 

y-jex

и о н о в ,

движущихся

в

направления

полог-игольной

оси

X