2.5.3. Пироэлектрики

К пироэлектрикам относятся группа кристаллов, для которых характерна зависимость поляризованности от температуры. При изменении температуры в пироэлектриках вследствие теплового расширения возникают деформации, приводящие к пьезоэлектрической поляризации. Чувствительность пироэлектриков к изменениям температуры настолько высока, что на их основе созданы дистанционные измерители температуры, позволяющие определять температуры (близкие к комнатным) с точностью до 10^‑3 К.

Пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектрический эффект заключается в возникновении поляризованного состояния в твёрдых кристаллических диэлектриках при наложении на них механических напряжений. В первую очередь пьезоэффект наблюдается в кристаллах сегнетоэлектриков, хотя это и необязательно. Величина поляризованности пропорциональна механическому напряжению, что используется для измерения механических напряжений, давлений ускорений и т.д. Пьезоэффект малоинерционен, что позволяет регистрировать быстро меняющиеся величины.

При помещении пьезокристаллов во внешнее электрическое поле происходит обратный пьезоэлектрический эффект (электрострикция), заключающийся в их деформации. Этот эффект используется для генерирования ультразвуковых волн.

Лекція 21.

3. Проводники в электростатическом поле

3.1. Условия на границе металл – вакуум

К проводникам относятся вещества, в которых заряды могут свободно перемещаться (металлы, электролиты). Ограничимся рассмотрением проводников металлического типа, в которых часть электронов может свободно перемещаться по всему объёму.

Рис. 13.1

Если металлический образец поместить во внешнее электрическое поле, то электроны в нём начнут перемещаться под действием сил F=eE_внеш, накапливаясь на внешних поверхностях образца (рис. 13.1), и создадут в нём поле, противоположное внешнему. Перемещение электронов прекратится тогда, когда суммарное поле внутри металла не станет равным нулю, т.е. E_внеш=E_внут. При этом согласно (11.37) потенциал всего проводника будет постоянным.

Поскольку внутри проводника , то согласно теореме Остроградского-Гаусса плотность заряда внутри проводника равна нулю и, следовательно, весь заряд скапливается на его внешней поверхности.Избыточные заряды, находящиеся на поверхности проводника, создают в окружающем пространстве электрическое поле, силовые лини которого перпендикулярны к его поверхности. В противном случае вектор E можно разложить на две составляющие _|| и (рис. 13.2). Под действием составляющей _|| на электроны, находящиеся на поверхности, будет действовать сила _||=e _||, приводящая к их перемещению вдоль поверхности. Это перемещение будет продолжаться до тех пор, пока заряды не перераспределятся так, чтобы исчезла сила, вызывающая их движение. Таким образом, возникает состояние, в котором .

Рис. 13.2

Итак, для того чтобы заряды на поверхности проводника находились в равновесии, должны быть выполнены следующие граничные условия: внутри проводника ;

на границе проводник-вакуум вектор перпендикулярен к поверхности проводника. Последнее условие означает, что поверхность проводника эквипотенциальна. Поскольку поле внутри проводника равно нулю, оно равно нулю и в любой его плоскости. Поэтому полый металлический проводник полностью экранирует внешнее электрическое поле (электростатическая защита).