Для электростатического поля в диэлектрике

Электрическое смещение. Теорема Гаусса

Напряженность электростатического поля зависит от свойств среды: в однородной изотропной среде напряженность поля E обратно пропорциональна e. Вектор напряженности E, переходя через границу диэлектриков, претерпевает скачок. Поэтому вводят новую величину – вектор электрического смещения, который для изотропной среды равен:

Учтем, что и

Единица электрического смещения – (Кл/м²).

Поле изображается с помощью линий электрического смещения, направление и густота которых определяются точно так же, как и для линий напряженности.

Для произвольной замкнутой поверхности S поток вектора D сквозь эту поверхность определяется:

Применим т.Гаусса для электростатического поля в диэлектрике:

т. е. поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов.

Сегнетоэлектриками называют кристаллические диэлектрики и полупроводники, обладающие в определённом диапазоне температуры спонтанной (самопроизвольной) поляризацией, которая легко изменяется под влиянием внешних воздействий – электрического поля, деформации, изменения температуры и т.п.

К сегнетоэлектрикам относятся, например, сегнетова соль (свойства которой были изучены советскими физиками И.В.Курчатовым и П.П. Кобеко), титанат бария, дигидрофосфат калия и др.

При отсутствии внешнего электрического поля сегнетоэлектрик представляет собой небольшие по объему области – домены, которые спонтанно поляризованы в различных направлениях.

Сегнетоэлектрические свойства сильно зависят от температуры. Для каждого сегнетоэлектрика имеется определённая температура, выше которой его необычные свойства исчезают и он становится обычным диэлектриком. Эта температура называется точкой Кюри.

Превращение сегнетоэлектриков в обычный диэлектрик, происходящее в т. Кюри, сопровождается фазовым переходом II рода. Также в сегнетоэлектриках вблизи т. Кюри наблюдается резкое возрастание теплоемкости вещества.

У сегнетоэлектриков наблюдается явление диэлектрического гистерезиса – неоднозначная зависимость поляризованности Р от напряженности внешнего электрического поля при его циклическом изменении.

С увеличением напряженности Е внешнего электрического поля поляризованность Р растет, достигая насыщения Р_S (кривая1) в точке А. Уменьшение Р с уменьшением Е происходит по кривой 2, и при Е=0 сегнетоэлектрик сохраняет остаточную поляризованность Р_r, т.е. сегнетоэлектрик остается поляризованным в отсутствие внешнего электрического поля. Чтобы исчезла остаточная поляризованность необходимо приложить электрическое поле обратного направления (-Е_с) – называется коэрцитивной силой (напряженность электр.поля обратного направления, при которой исчезает поляризация сегнетоэлектрика).

Если продолжать увеличивать напряженность поля, то опять наступит насыщение (в точке В). Последующее изменение напряженности поля в обратном направлении сопровождается изменением поляризованности Р по кривой 3 петли гистерезиса.

Дата добавления: 2014-01-07