Полярлы диэлектриктер және олардың поляризацияланғыштық коэффициенттерінің температураға тәуелділігі

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі Шәкәрім атындағы Семей мемлекеттік университеті

Физика- математика факультеті

Физика кафедрасы

СӨЖ

Тақырыбы: 1) Полярлы диэлектриктер және олардың поляризацияланғыштық коэффициенттерінің температураға тәуелділігі. 2) Сегнетоэлектриктер және пьезоэлектриктер туралы негізгі мағлұматтар.

Орындаған: Кенжеғалиева Айзат.

Тобы: Т-423 .

Тексерген: Рахимбердина А. Т.

Семей 2015

Жоспары:

Кіріспе бөлім

Диэлектрик туралы түсінік. Остроградский- Гаусс теоремасы.
Полярлы диэлектриктер және поляризацияланғыштық коэффициенттерінің температураға тәуелділігі.
Сегнеэлектриктер және пьезоэлектриктер туралы түсінік.

Қорытынды бөлім

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі.

Диэлектрик деп - оң және теріс зарядтарды тең молекулаларын немесе емін- еркін қозғала алмайтын иондардан тұратын электр тогын өткізбейтін заттарға айтылады. Оларға эбонит таяқшасы, форфор сұйықтармен газдар жатады.

Егер сыртқы электр өрісі әсерінде диэлектриктердегі оң және теріс зарядтардың ауырлық центрлері бір- біріне қатысты дәл келсе онда бұл молекулалар поляризацияланбаған болып диэлектриктердің меншікті электрлік моменті мынаған тең болады.

Мұндай молекулаларға полюссіз молекулалар делінеді. Сонда мұндай молекулалар сырқы өрісте өзін серпінді диполь ретінде ұстайды. Ал сырқы өріс әсерінде диэлектриктегі оң және теріс зарядтардың ауырлық центрлері бір - біріне қатысты ығысқан болса онда мұндай диэлектриктегі молекула электр диполіне эквивалентті болып полярлы молекулаға айналады. Онда бұл молекула сырқы өрісте өзін қатаң диполь ретінде қатаң ұстайды. Бұл дегеніміз диэлектрик зарядталып электр өрісіне ие болады. Сонда диэлектриктер зарядты болу үшін оның молекулалары себепкер болады екен.

Ал металда атомдағы электрондар.

Квадруполь.

Сондықтан иондық кристалдарда өздерінің жеке молекулалар даралығын жоғалтып бір тұтас молекула сияқты көрініске ие болады да, кристал торын бір - біріне кигізілген бірі оң, екіншісі теріс иондардан жасалған екі тор немесе квадруполь ретінде қарастыруға болады. Егерде мұндай диэлектрикке зарядталған денені жақындатсақ бұл ұшында аттас зарядтар пайда болады.

Диэлектриктің поляризациялау векторы.

Бұған бір бірлік көлемдегі диэлектрлік моменті дейді. Сонда Диэлектриктердің беткі жағындағы поляризациаланған заряд.

зарядтың беттік тығыздығы делінеді. Егер осы теңдеудің екі жағында диэлектрик ұзындығына көбейтсек

S-жазық пластинаның ауданы.

Диэлектрик өтімділік деп - сан жағынан зарядтың беттік тығыздығының электр өрісіне қатынасына айтылады.

Электр өрісі кернеулігінің нормаль құраушысы.

Бұдан диэлектриктің поляризациалану векторы

еркін.

поляризациаланған зарядтардың беттік тығыздығы.

Бірақ бұлар өзара қарама- қарсы өрістерге ие болғандығы үшін

вакумда.

Д - электрлік индукция векторы.

ортада.

Бұдан,

Яғни диэлектрик өтімділік деп- вакумдағы электр өрісі кернеулігінің диэлектрик немесе ортаның әсерінен қанша есе кемейтінің көрсететін шамаға айтылады.

Диэлектриктегі байланысқан зарядың металдағы еркін электрленген айырмашылығы тек қана олардың өз молекуланың шегін тастап кете алмауында. Сонда индукция векторы Д - еркін зарядынан басталып аяқталады. Сондықтан, тұйық беттің индукция векторы Д, Острогадский -Гаусс теоремасына

Электр өрісінікі,

Еркін және байланысқан зарядтардың алгебралық қосындысына айтылады.

Остроградский-Гаусс теоремасы

Сыртқы электр өрісіне орналасқан өткізгіш бетінде теңеспеген оң және теріс зарядтар болады. Бұл зарядтарды байланысқан зарядтар деп атайды. Диэлектриктің ішіндегі электр өрісі үшін суперпозиция принципі бойынша қорытқы электр өрісі сыртқы электр өрісі мен байланысқан зарядтар тудыратын электр өрісінің векторлық қосындысына тең болады.

мұндағы: - сыртқы электр өрісі, -байланысқан зарядтар тудыратын электр өрісі.

Жоғарыдағы айтылғанды ескерсек диэлектриктегі электр өрісі үшін Остроградский-Гаусс теоремасы келесі түрде жазылады:

Байланысқан зарядтардың шамасы .

Сонда

немесе

мұндағы: - электрлік ығысу және индукция векторы деп аталады, өлшем бірлігі .

Электрлік ығысу векторы - заттардағы электр өрісін сипаттайды.

Диэлектриктердегі электр өрісі үшін Остроградский-Гаусс теоремасы

Диэлектриктегі тұйық бет арқылы өтетін ығысу векторының ағыны осы бет қамтитын еркін зарядқа тең болады.

Поляризация векторы тең екенін ескерсек

мұндағы: - өлшем бірліксіз шама ортаның диэлектрлік өтімділігі деп аталады.

Ортаның диэлектриктік өтімділігі электр өрісі вакуумнен диэлектрикке өткенде қанша есе кемитінін көрсетеді.

мұндағы: - вакуумдегі электр өрісі, - заттың ішіндегі электр өрісі.

Электр өрісі вакуумнан диэлектрикке өткенде есе азаяды.

Сол себепті ортадағы электр өрісін сипаттайтын шамалар вакуумдегіге қарағанда есе кіші болады. Мысалы: Кулондық күш және нүктелік зарядтың тудыратын электр өрісінің кернеулігі мен потенциалы келесі формулалармен анықталады:

Сегнетоэлектриктер мен пьезоэлектриктер туралы жалпы мағлұмат. Диэлектриктердің ерекше тобы сегнетоэлектриктер болып табылады.

Сегнетоэлектриктер деп - кристалды заттың ішіндегі симетия центрі жоқтарына айтылады. Ол өздігінен белгілі бір температура аралығында сыртқы электр өрісі кернеулігі болмағанда поляризациялана алады. Бұл құбылыс алғаш рет сегнет тұзының электрлік қасиетін егжей - тегжейлі зерттеген совет физигі Курилатовпен Кобеколар болды. Тексеру 1930-34 ж өткізілген сегнет тұзының екі кюри нүктесі бар.

1) -18 ⁰ С (255К) 2) 24 ⁰ С (297К)

Осы температура оның дипольдік моменттері бірдей бағдарлану шегіне жетіп паралель орналасады. Бірақ оның толық диполдық моменттері нөл болып қалады.

Домендер деп - өздігінен поляризациялану аймақтарына ие болғанына айтылады. Сыртқы электр өрісі кернеулігі әсерінен домендердің моменттері

бір тұтас өріс бағыты бойынша бұрылады. Өте жоғары температурада

сегнетоэлектриктер диэлектриктерге айналып кетеді. Сондықтан, температураның бұл аралық нүктесіне Кюри нүктесі деп аталады. Совет физигі Б. И. Буль бариді титанның Ва ТiO ₃ формуласы, 125 ⁰ С- де диэлектрик өтімділігі алты мыңға жететіндігін анықтаған. Кюри нүктесіне жақындағанда диэлектрик өтімділік жоғалып сигнетоэлектриктердің жылу сиымдылығы күрт асатынын байқаған. Онда фазалық ауысу пайда болып кәдімгі диэлектриктерге айналады екен.

Сегнетоэлектриктердің ерекше қасиеттері.

Диэлектрик өтімділігі өте жоғары.
Диэлектриктер өрісі кернеулігімен индукция.

Векторлары өзара сызықты байланысқан.

Диэлектриктік өтімділік электр өрісі кернеулігіне тәуелді.
Поляризация уақытында дипольдық моменттердің электр өрісі кернеулігінің кешігіп жүруі.

Бұл сызыққа яғни дипольдік моменттің электр өрісі кернеулігімен кемігу сызығына гистерезис деп аталады. Мұндай құбылыс магниттелетін заттарда ұшырайды яғнни кездеседі. Сонда қалдық магнетизмнің әсерінен бір түрлі заттар өзінің магниттелу қасиеттерін сақтап қалып тұрақты магнитке айналады. Бірақ оларда өздерінің кюри температурасына ие. Мұндай зерттеулер негізінен лабараториялық жұмыстармен дәлелденген. Ал табиғатта оны бұл құбылысты өте қиын. Себебі температурадан тыс ол заттарға өте күрделі күштер әсер етуінен және табиғаттағы перомагнетиктер жер қыртысында өте шұңқырда жатады.

Қалыпты жағдайда сегнетоэлектриктердің домендер деп аталатын физикалық аз көлемінің электрлік моменті нөлден өзге болады, бipaқ сегнетоэлектрик тұтас поляризацияланбаған болады. Сегнетоэлектриктерге сегнет тузы барий титанаты жатады. Сегнетоэлектриктердің басқа диэлектриктерден тағы да айырмашылығы олардың диэлектриктік өтімділігі өте үлкен бірнеше мыңға дейін жетеді, электрлік ығысу векторы мен өpic кернеулігі арасындағы байланыс сызықты емес, яғни диэлектриктік өтімділік кернеулікке тәуелді және электрлік ығысу векторының белгілі бip уакыттағы мәні кернеуліктің осы уакыт алдындағы мәндерінің қандай болғанына да байланысты.

Сегнетоэлектриктегі электрлік ығысу векторы мен кернеулік арасындағы байланысты тәжірибе түрінде тексергенде бұл байланыстың сызыкты емес екендігін тағайындалды. Ол үшін (6. 3. 1-суретте) келтірілген электрлік схеманы пайдалануға болады.

. 1 сурет

6. 3, 2- сурет

Генератордың гармоникалық заңдылықпен өзгеретін кepнeyi және кондесаторлар арасында және кернеулерге бөлінеді. Осы кернеулерді схемада керсетілгендей етіп осциллограф пластиналарына қоссақ, осциллограф экранында 6. 3. 2-суретте көрсетілгендей гистерезис деп аталатын тұзақ теріс қисық сызық пайда болады.

Тұтас поляризацияланбаған сегнетоэлектрикті сыртқы өріске қойған кезде сегнетоэлектрик OA қисығына сәйкес поляризацияланады. Егер кернеулік Е мәніне

жеткеннен кейін оның шамасын кеміте бастаса

6. 3. 2-сурет D мен Е арасындағы байланыс АО бойымен емес ABCD бағытымен өзгереді, яғни D-ның мәндері Е-нің мәндеріне қарағанда қалып өзгереді. Кернеулік нөлге тең болған кезде D-ның мәні ОВ кесіндінің шамасымен анықталады. Электрлік ығысу векторының бұл мәнін қалдық поляризация деп атайды. Қалдық поляризацияны нөлге айналдыру үшін бастапкы өpicкe қарама-қарсы бағытталған өpic тудыру керек. Осы қарсы

өрістің кернеулігінің мәні ОС кесінді шамасына тең болған кезде қалдық поляризация нөлге айналады. Өpic кернеулігінің мәнін одан әpi арттырған кезде D-ның Е-ге тәуелділігі CD қисығына сәйкес өзгереді. Қарсы өpic кернеулігі мәніне жеткен кезде оның шамасын кеміте бастаса D-ның Е-ге тәуелділігі DLA кисығына сәйкес өзгереді. Сегнетоэлектриктердің поляризациялану механизмі олардың молекулалык, диполдерінің күшті әсерлесуіне байланысты. Сондықтан да өте әлсіз практикалық, тұрғыдан нөлге тең өрісте де сегнетоэлектрик поляризацияланады, яғни оның поляризацияланғыштығы нөлден өзге болады. Басқаша айтқанда сегнетоэлектрик өздігінен поляризацияланған күйде болады.

Поляризацияланған сегнетоэлектрикті маңында өте үлкен электр өpici пайда болады, бірақ сегнетоэлектриктің энергиясы термодинамикалык тепе-тендік күйде мүмкін болғанша аз болуы керек, сондықтан сегнетоэлектрик тұтас поляризацияланбай, электрлік моменттері нөлден өзге макроскопиялық көлемдерге-домендерге бөлініп кетеді (6. 3. 3-сурет) . Сегнетоэлектрик домендерге бөлінген кезде электр өрісінің энергиясы 6. 3. 3-сурет