Учебник Теория электрических цепей Примеры выполнения заданий и лабораторных

Сегнетоэлектрики

Сегнетоэлектриками называют кристаллические диэлектрики, которые обладают поляризованностью даже при отсутствии внешнего электрического поля (спонтанно, то есть самопроизвольно, поляризованы).

Это явление было первоначально открыто в 1921 году у сегнетовой соли NaKC4H4 .4H2O, давшей название всему классу веществ с подобными свойствами. К сегнетоэлектрикам относятся метатитанат бария BaTiO3, ниобат лития LiNbO3, триглицинсульфат (NH2CH2COOH)3 .3H2SO4 и др.

Первое детальное исследование свойств сегнетоэлектриков было осуществлено И.В. Курчатовым, П.П. Кобеко -(сегнетова соль), а также Б.М. Вулом - (титанат бария).

Сегнетоэлектрики отличаются от остальных диэлектриков рядом характерных особенностей:

сегнетоэлектрики имеют аномально большие значения диэлектрической проницаемости (для сегнетовой соли 104, для титаната бария 1200); В трехфазную трехпроводную цепь с симметричным линейным напряжением UЛ=120 В включены треугольником активные сопротивления RAB=5 Ом, RBC=9 Ом и RCA=12 Ом. Определить фазные и линейные токи, активную мощность всей цепи и каждой фазы в отдельности. Построить векторную диаграмму цепи. Расчет электротехнических цепей Лабораторные работы и решение задач

зависимость поляризованности Р (а, следовательно, и электрической индукции D ) от напряженности поля Е является нелинейной, т.е. диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика зависит от напряженности поля;

всем сегнетоэлектрикам, так же как и ферромагнетикам, свойственно явление гистерезиса, т.е. запаздывание изменений значения поляризованности Р и электрической индукции D от изменений напряженности поля Е. Зависимости P = F(E) и D = F(E) имеют вид петли, называемой петлей гистерезиса (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость электрической индукции от напряженности внешнего поля

С увеличением напряженности поля Е индукция D в неполяризованном образце возрастает по кривой oam до насыщения в точке a (вершина петли гистерезиса). Рост индукции на этом участке кривой обусловлен спонтанной поляризацией. Дальнейшее возрастание напряженности поля (Е > Eа) приводит к росту индукции, обусловленной электронной поляризацией молекул сегнетоэлектрика ( участок am ).

Если при достижении Е = Еm начать уменьшать напряженность поля, то индукция D будет уменьшаться не по кривой mao, а по кривой mabc. Следует обратить внимание, что при отсутствии внешнего поля, то есть при Е = 0 сегнетоэлектрик не возвращается в прежнее неполяризованное состояние, а сохраняет остаточную индукцию Dk, обусловленную остаточной спонтанной поляризованностью (отрезок оb).

Для деполяризации сегнетоэлектрика необходимо создать поле обратного направления с напряженностью Ек. Это значение напряженности поля (отрезок ос) называется коэрцитивной силой. При дальнейшем увеличении напряженности поля поляризация кристалла, а, следовательно, и индукция, меняют свое направление и достигают насыщения в точке d. Если вновь изменить напряженность поля от -Em до +Em, то электрическое состояние сегнетоэлектрика будет изменяться по ветви ndkam. Значение остаточной индукции для этой ветви определяется отрезком of, а коэрцитивной силы - отрезком ok.

Аналогично при циклическом изменении напряженности поля, но с другими значениями Em можно получить ряд частных петель гистерезиса. Вершины петель будут располагаться на кривых оа и оd.

В рамках классической теории можно дать лишь качественное объяснение природе сегнетоэлектрика. Практически все основные свойства и процессы в сегнетоэлектрических материалах (поляризация, гистерезис, пьезоэффект, электрострикция и т.д.) тесно связаны с наличием спонтанной поляризации. Сегнетоэлектриками могут быть только кристаллические тела, у которых решетка не имеет центра симметрии. Весь объем сегнетоэлектрика как бы разбит на небольшие (порядка микрометра) области спонтанной поляризации, называемые доменами. В пределах домена сегнетоэлектрик спонтанно поляризован до насыщения и обладает определенным дипольным моментом. Однако, направление этого момента различно для различных доменов. Поэтому в отсутствие внешнего электрического поля (и остаточной индукции) средняя поляризованность объема сегнетоэлектрика равна нулю.

При внесении сегнетоэлектрика во внешнее электрическое поле происходит переориентация дипольных моментов по полю, а возникшее при этом суммарное электрическое поле доменов будет поддерживать их некоторую ориентацию и после прекращения действия внешнего поля. Поэтому сегнетоэлектрики имеют гистерезис и аномально большие значения диэлектрической проницаемости.

Увеличение поляризованности при росте напряженности поля происходит через несколько стадий. На первом этапе при слабых полях (начальный участок кривой оа на рис.2) происходит смещение границ и рост доменов с "выгодной" ориентацией дипольных моментов за счет доменов с менее "выгодной" ориентацией. "Выгодной" является такая ориентация дипольных моментов, которая образует острый угол с направлением внешнего электрического поля. Наиболее эффективно этот процесс протекает на втором этапе (средний участок кривой оа), когда наблюдается полное исчезновение доменов с "невыгодной" ориентацией. На третьем этапе (вблизи точки а и на участке am) происходит постепенный поворот дипольных моментов всех доменов в направлении поля до тех пор, пока весь сегнетоэлектрик не превратится в однодоменный кристалл и не будет достигнуто состояние насыщения.

У каждого сегнетоэлектрика есть определенная температура (точка Кюри Тс), при которой домены распадаются и сегнетоэлектрик превращается в обычный диэлектрик. Например, у титаната бария Тс = 406 К ( 1330С), а у ниобата лития Тс = 1483 К ( 12100С).

Сегнетова соль обладает сегнетоэлектрическими свойствами только в интервале температур между нижней точкой Кюри  = 255 К (- 180С) и верхней точкой Кюри = 297 К ( 240С ).


рак простаты народные методы лечения.
академический отпуск
Чистка лица Саратов читайте здесь.
чехлы на поло седан из экокожи
чехлы на хендай солярис хэтчбек из экокожи
На главную