12.5.3. Піроелектрики

До піроелектриків належить група кристалів, для яких характерна залежність поляризованості від температури. При зміні температури в піроелектриках внаслідок теплового розширення виникають деформації, що приводять до п'єзоелектричної поляризації. Чутливість піроелектриків до змін температури настільки висока, що на їхній основі створені дистанційні вимірювачі температури, що дозволяють визначати температури (близькі до кімнатного) з точністю до 10^{‑ 3} К.

П'єзоелектричний ефект. П'єзоелектричний ефект полягає у виникненні поляризованого стану у твердих кристалічних діелектриках при накладанні на них механічних напружень. У першу чергу п’єзоефект спостерігається в кристалах сегнетоелектриків, хоча це й необов'язково. Величина поляризованості пропорційна механічній напрузі, що використовується для вимірювання механічних напружень, тисків, прискорень і т.д. П’єзоефект малоінерційний, що дозволяє реєструвати швидко змінювані величини.

Коли п’єзокристали вміщують у зовнішнє електричне поле, відбувається зворотний п'єзоелектричний ефект (електрострикція), що полягає в їхній деформації. Цей ефект використається для генерування ультразвукових хвиль.

13. Провідники в електростатичному полі

13.1. Умови на границі метал - вакуум

До провідників відносяться речовини, у яких заряди можуть вільно переміщуватися (метали, електроліти). Обмежимося розглядом провідників металевого типу, у яких частина електронів може вільно переміщуватися по всьому об'ємі.

Рис. 13.1

Якщо металевий зразок помістити в зовнішнє електричне поле, то електрони в ньому почнуть переміщатися під дією сил F=eE_зовн, накопичуючись на зовнішніх поверхнях зразка (рис. 13.1), і створять у ньому поле, протилежне зовнішньому. Переміщення електронів припиниться тоді, коли сумарне поле усередині металу не стане рівним нулю, тобто E_зовн=E_внут. При цьому згідно (11.37) потенціал усього провідника буде сталим.

Оскільки усередині провідника , те відповідно до теореми Остроградського-Гаусса густина заряду усередині провідника дорівнює нулю й, отже, весь заряд нагромаджується на його зовнішній поверхні.

Надлишкові заряди, що містяться на поверхні провідника, створюють у навколишньому просторі електричне поле, силові лини якого перпендикулярні до його поверхні. У противному разі вектор можна розкласти на дві складові _|| і (рис. 13.2). Під дією складової _|| на електрони, що перебувають на поверхні, буде діяти сила _||=e_||, що приводить до їхнього переміщення уздовж поверхні. Це переміщення буде тривати доти, поки заряди не перерозподіляться так, щоб зникла сила, що викликає їхній рух. Таким чином, виникає стан, у якому _|| = 0..

Рис. 13.2

Отже, для того щоб заряди на поверхні провідника перебували в рівновазі, повинні бути виконані наступні граничні умови:

1. усередині провідника ;

2. на границі провідник-вакуум вектор перпендикулярний до поверхні провідника.

Остання умова означає, що поверхня провідника еквіпотенціальна.

Оскільки поле усередині провідника дорівнює нулю, воно дорівнює нулю й у будь-якій його порожнині. Тому порожній металевий провідник повністю екранує зовнішнє електричне поле (електростатичний захист).