Каким образом диэлектрик реагирует на механические напряжения?
Механическое
напряжение Х приводит, главным образом,
к возникновению деформации в твердых
диэлектриках:
.
Прямая пропорциональность
и
представляет собой известный закон
Гука, который выполняется для небольших
механических напряжений, когда деформация
является упругой и обратимой. Параметр
называется упругой податливостью.
Особыми
свойствами обладают нецентросимметричные
диэлектрики: в них при воздействии
механического напряжения возникает
прямой пьезоэффект – поляризованность,
пропорциональная механическому
напряжению:
.
Параметр
называется пьезоэлектрической константой
давления.
Следовательно, линейный электромеханический эффект (пьезоэффект) может быть как прямым, так и обратным. В то же время квадратичный электромеханический эффект (электрострикция) не имеет механоэлектрического аналога: в диэлектрике с центросимметричной структурой никакие механические напряжения не могут вызвать электрическую поляризацию.
В
ферромагнитных диэлектриках возможен
пьезомагнитный эффект
,
аналогичный пьезоэлектрическому
эффекту. При упруготепловом эффекте
вследствие механической деформации
диэлектрика изменяется его температура.
Величина этого эффекта обычно невелика.
Из перечисленных явлений, возникающих в диэлектриках при воздействии на них механических напряжений, наибольшее значение имеет пьезоэффект, который находит в настоящее время широкое техническое применение.
Природа поляризации диэлектриков.
Явление поляризации сводится к изменению положения в пространстве
частиц диэлектрика, имеющих электрический заряд того или иного знака, в результате
чего каждый макроскопический объем диэлектрика приобретает некоторый наведенный
(индуцированный) электрический момент, которым этот объем диэлектрика до
воздействия внешнего электрического поля не обладал.
В поляризации, как и в электропроводности, могут участвовать различные частицы, смещение которых при приложении к диэлектрику электрического поля или по другим причинам приводит к появлению электрического момента. К ним относятся электроны, смещающиеся в электрическом поле из равновесного положения в атомах или молекулах; ионы, отклоняющиеся при воздействии электрических полей или механических деформаций из равновесного состояния в молекулах или узлах решетки; диполи (полярные молекулы или молекулярные группы – радикалы), изменяющие свою ориентацию при приложении электрического поля, а также другие заряженные или полярные группы в диэлектриках ( «макродиполи»), изменяющие свою локализацию или ориентацию таким образом, что в диэлектрике возникает электрический момент. Следовательно, в соответствии с различной природой заряженных частиц, образующих в диэлектрике электрический момент, поляризация делится на: электронную, ионную и дипольную. Различие механизмов образования электрического момента во внешнем поле позволяет разделять поляризацию на упругую, прыжковую и объемно зарядную. Различное структурное положение электроны, ионов или диполей в диэлектриках дает возможность выделить поляризацию собственную, примесную и поляризацию неоднородных диэлектриков.
