17. Диэлектрики

Это - вещества, плохо проводящие электриче­ский ток. Диэлектриками являются все неионизированные газы, некоторые жидкости и твердые тела. При внесении ди­электрика в электрическое поле и поле и сам диэлектрик пре­терпевают изменения. Заряды, положительные и отрицатель­ные, из которых состоят молекулы, под действием сил со сто­роны электрического поля смещаются в противоположных направлениях. В результате нейтральная молекула превраща­ется в электрический диполь. Этот процесс носит название поляризации диэлектрика. В полярных диэлектриках, т.е. в диэлектриках, чьи молекулы были диполями до наложения поля, процесс поляризации сводится к упорядочению ориен­тации молекул. В результате поляризации на поверхности ди­электриков (а в ряде случаев и внутри) образуются поляриза­ционные или связанные заряды. Процесс поляризации количе­ственно характеризуется вектором поляризованности, кото­рый равен суммарному дипольному моменту единицы объема диэлектрика. У линейных диэлектриков вектор поляризованности прямо пропорционален напряженности электрического поля. Коэффициент пропорциональности - характеристика диэлектрика, называемая его диэлек­трической восприимчивостью. Макроскопическое поле Е по­лучается в диэлектрике в результате наложения двух полей –поля, создаваемого свободными зарядами, и поля, соз­даваемого поляризационными зарядами.

Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектрике имеет вид: поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность пропорционален алгебраи­ческой сумме свободных и поляризационных зарядов, окру­женных этой поверхностью.

Введение вспомогательной величины, называемой элек­трической индукцией или электрическим смещением D, по­зволяет сделать поиск электрического поля независящим от распределения поляризационных зарядов.

Поток вектора электрической индукции через замкнутую поверхность пропорционален алгебраической сумме свобод­ных зарядов, окруженных этой поверхностью.

Величина ε носит название диэлектрической проницаемо­сти диэлектрика. Она показывает, во сколько раз напряженность электрического поля в диэлектрике меньше напряженности этого ноля в вакууме.

18. Пьезоэлектрический эффект.

Кристаллы, не имеющие центра симметрии (в том числе все сегнетоэлектрики) при де­формации поляризуются. Это явление называют прямым епье-зоэлектрическим эффектом. Величина поляризованное™ про­порциональна деформации и при изменении знака деформации знак поляризации меняется на обратный. Важнейшие пьезо­электрические кристаллы - кварц, сегнетова соль, метатитанат бария и др. Причиной пьезоэлектрического эффекта является возникающий при деформации сдвиг подрешеток кристалла друг относительно друга, вызывающий появление электриче-

ского момента.

Наряду с прямым пьезоэффектом у пьезоэлектриков на­блюдается обратный эффект, заключающийся в том, что поля­ризация кристалла под действием электрического поля сопро­вождается механической деформацией кристалла.

Прямой и обратный пьезоэффекты используются для воз­буждения ультразвука, стабилизации частоты генераторовэлектрических колебаний, преобразования механической энер­гии в энергию электрического поля и др.

Обратный пьезоэлектрический эффект следует отличать от электрострикции, которая имеет место во всех диэлектриках. Электрострикция также заключается в деформации диэлектри­ка под действием электрического поля, но при этом деформа­ция квадратично зависит от поля и при изменении направления поля знака не меняет.