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: 136

Скачиваний: 0

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

 

 

- 119 -

 

Для определения

частоты колебаний

бинарных кристаллов в

к а ч е с т в е /71

надо

в з я т ь приведенную

массу

 

 

m

ШІ

 

тг

 

 

 

т,+тг

 

в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г д е

/ п , I

 

ГПг

массы

положительного

и

отрицательного и о н о в .

 

Таким

образом,

коэффициент

упругой

с в я з и

р а в е н

ионная

поляризуемость

соответственно

-

 

 

 

 

 

 

 

а, - —

т<+т*

 

 

 

Умножим и

разделим

правую ч а с т ь

этого, уравнения на квадрая

числа Авогадро

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

„2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п-

-

1

.ЛкіЛк

ä*

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

т,тг

Нг

 

 

 

Произведение массы иона

на

число Авогадро

д а е т молекулярный

в е с

ю н а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/П/А/ = М,

,

 

mzN

= Мг

 

 

 

Подставив

молекулярные

в е с а

в выражение

для

ССІ } получим

 

 

 

 

a

 

9*

 

 

М<

 

 

 

Подставляя

О-і

в •уравнение

(

а )' .^получим формулу Борна

для

диэлектрической

сроницаемости ионного

кристалла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[ 2

 

 

 

 

С - t e +—г


 

 

 

 

-

120

-

 

 

 

 

 

 

Число пар

ионов можно выразить

ч е р е з

плотность

кристалла

 

 

 

По

 

 

 

 

 

 

 

 

М, + Mt

 

N

 

 

М,

г

 

 

 

 

Подставив

значение

П0

в предыдущее

уравнение,

найдем

 

 

 

 

 

 

- М'+Мг

PN г

 

 

 

 

 

 

С

С

е

Ыг£о

 

М,М2

 

 

 

 

 

Частоту остаточных

лучей можно

выразить ч е р е з

длину

волны

и скорость с в е т а

в

пустоте

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,2 , 2

 

 

 

 

 

 

Мы получили

формулу Борна

для диэлектрической

проницае ­

мости ионного

д и э л е к т р и к а .

При

выводе

этой формулы

Борн

п р е д ­

п о л а г а л ,

что

п о л е ,

действующее

на ионы, равно

среднему

м а к р о ­

скопическому. В действительности же в

неполярных

диэлектриках,

г д е имеет

место

только

электронная поляризация, действующее

поле не равно

среднему,- а выражается формулой Лорентца

 

 

 

 

Евн

 

=Еср+£о-

 

 

 

 

 

В ионных диэлектриках наряду с ионной поляризацией происходит

и электронная поляризация . Поэтому действующее поле будет больше среднего за счет электронной поляризации . Так к а к


-121 -

при выводе формулы Борна это обстоятельство 'не учитывалось,

следует ожидать, что она будет

д а в а т ь заниженное

значение

диэлектрической проницаемости. Экспериментальная проверка

формулы

Борна п о к а з а л а , что при

малых диэлектрических

п р о -

нйцаемостях получаются небольшие

расхождения

между з н а ч е н и ­

ями диэлекрической проницаемости,

полученными

на

опыте

и

расчетным

п у т е м . Это о з н а ч а е т ,

ч т о при малых

£

внутренняя

напряженность поля мало отличается от средней макроскопичес ­

кой напряженности. При больших значениях диэлекрической

п р о ­

ницаемости

получаются

значительные

расхождения

между

т е о р е ­

тическим

а

экспериментальным

значениями £

 

 

 

Данные

экспериментальной

проверки

формулы

Борна

п р и в е ­

дены в таблице

9 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 9

 

 

 

 

Экспериментальная

проверка

формулы

Борна

 

 

 

 

 

 

 

 

:

Экспериментальное

Кристаллы

 

;

£ е

 

 

І

значение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

минималь-1 максималь ­

 

 

 

 

 

 

:

ное

:

ное

 

Li F

 

 

1,92

32,6

8,1

 

9,2

10,0

 

Na Ct

 

 

2,33

6 1 , 1

5,3

 

5,6

 

6,36

 

нее

 

 

2,17

70,7

4,3

 

4,51

 

4,94

 

f?ôce2

 

 

4 . 5

о

10,8

 

33,5

37,0

_

ПО2

 

 

 

114,0

 

 

 

 

 

 

 

 

7,3

39,0

2 5 , 8 "

 

110,0

114,0

 

Для

кристаллов с

большой

S

необходимо

.учитывать

 

отклонение величины

действующего

поля от среднего м а к р о с к о ­

пического введением

поправочного

с л а г а е м о г о :


 

 

 

 

 

 

-

122

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EÔH

=

Еср +

ßP-

 

 

 

 

 

 

 

Для

кристаллов кубической

формы

ß

~ Т±

, для кристаллов

д р у -

 

В

теории

Борна для

щелочно-галлоидшх кристаллов

О

 

 

п р е д п о ­

л а г а л о с ь ,

что

заряды

положительных

и

отрицательных

ионов

полностью

р а з д е л е н ы .

Но

обычно

отрицательные

ионы

много

б о л ь ­

ше,

чем положительные,

и отрицательный заряд может частично

покрывать область соседних положительных и о н о в . Поэтому не

всегда

можно

с ч и т а т ь ,

что

заряды

ионов

равны

целым кратным

элементарного

з а р я д а .

Дальнейшее

уточнение

формулы

Борна

включало в

себя у ч е т ^ э т о г о

положения

введением п эффективного"

иона .

Сигети

получил, формулу дня

диэлектрической

проницаемооу

ти,

которая содержит

эффективный

з а р я д ,

 

 

 

 

Далее Сигети п о к а з а л , что диэлектрическая проницаемость и о н ­

ных

кристаллов определенным образом связана с их коэффициен­

том

сжимаемости

L -

£+ г-

. m i J t

Как

61Ѵг+2)

а

В формулах (jJ( — собственная частота поперечных оптических колебаний решетки.


 

 

 

 

-

123

- .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 42.

Зависимость диэлектрической проницаемости

 

 

 

 

 

 

ионных

кристаллов

от

температуры

 

 

 

 

 

Формула

Борна

позволяет

установить

х а р а к т е р

 

зависимости

 

ионных

кристаллов

от

температуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t t

 

9 2

PN2

.

 

 

 

ЛС

 

 

 

 

Сри

нагревании кристалла

уменьшается

п л о т н о с т ь ß

 

и с о о т в е т ­

ственно уменьшается диэлектрическая

проницаемость,

о б у с л о в л е н ­

ная

электронной поляризацией .

Кроме

т о г о ,

при

нагреваний

 

к р и ­

с т а л л а расстояние

между

ионами у в е л и ч и в а е т с я ,

взаимодействие

между ними

о с л а б л я е т с я ,

уменьшается

коэффициент

упругой

связи

и ,

следовательно,

уменьшается

ч а с т о т а остаточных

лучей'

 

Ci)

 

Поэтому при повышении температуры диэлектрические

проницаемости

большинства

ионных

кристаллов

в о з р а с т а е т .

Однако,

если

в

к р и ­

сталле преобладает

электронная п о л я р и з а ц и я ' ( к а к ,

например,

в

 

 

 

 

 

 

т .

If* .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кристаллах,

содержащих ион

U

) ,

то

при

увеличении

т е м п е р а ­

туры диэлектрическая проницаемость уменьшается. Поэтому ТКК

для ионных кристаллов может быть и положительным,

и о т р и ц а т е л ь ­

ным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 43. Радиотехническая керамика

 

 

 

 

 

 

 

Слово 1 , керамика" произошло от

г р е ч е с к о г о

"керамос,

 

что

означает г л и н а . В древние времена

из

глины с

добавками

других

материалов,

например п е с к а ,

изготовляли

битовые

и з д е л и я .

Все

материалы,

с о д е р ж а і у ^ глину,

называли керамическими.

Обяза ­

тельным элементом

технологии

изготовления

керамических

и з д е ­

лий я в л я е т с я

высокотемпературный о б ; ж г .

В

настоящее

ііремя

под