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
- 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 |