Т. Электреты
Электреты и сегнетоэлектрики
В некоторых диэлектриках поляризация не исчезает сразу после выключения внешнего электрического поля.
Диэлектрики, длительное время сохраняющие поляризацию после выключения внешнего электрического поля и создающие в окружающем пространстве собственное электрическое поле, называют электретами. К ним относятся: стекло, эбонит, сера, парафин, канифоль, плексиглас и др. Время сохранения поляризации без заметного ее уменьшения в разных электретах различно. Во многих случаях оно исчисляется десятками лет. Если расплавить смесь воска и смолы, а затем медленно охладить ее до комнатной температуры в поле с напряженностью порядка 10 МВ/м, то ориентация молекулярных диполей, соответствующая жидкому состоянию, сохраняется и в твердом. Такой образец способен создать в окружающем пространстве электростатическое поле, существующее очень длительное время.
Сегнетоэлектрики представляют собой кристаллы, обладающие спонтанной поляризацией в некотором температурном интервале.
Спонтанная поляризация связана с наличием в кристаллах микроскопических областей самопроизвольной поляризации — доменов. Это возможно в том случае, если в ионном кристалле центры распределения положительного и отрицательного зарядов ионов, расположенных в одной элементарной ячейке, не совпадают и каждая такая ячейка может рассматриваться как диполь. В каждом домене диполи элементарных ячеек ориентированы одинаково, но сами домены ориентированы хаотично (рис. 1, а). На поверхности кристалла чередуются положительно и отрицательно заряженные участки, и в целом кристалл не создает в окружающем пространстве электрического поля. Внесение сегнетоэлектрика в электрическое поле приводит к ориентации доменов вдоль линий напряженности (рис. 1, б), причем изменение ориентации доменов происходит не плавно, а скачками (эффект Баркгаузена). В сильном электрическом поле все домены ориентированы вдоль поля, но при уменьшении напряженности внешнего поля до нуля ориентация нарушается. Однако в диэлектрике индуцированная поляризация частично остается из-за того, что многие домены сохраняют созданную внешним полем ориентацию. Для устранения остаточной поляризации сегнетоэлектрик помещают в электрическое поле противоположного направления, и та напряженность, которая необходима для этого, называется коэрцитивной силой. Так, для типичного сегнетоэлектрика — титаната бария ВаТiO3 коэрцитивная сила Е = 100 кВ/м.
Сегнетоэлектрики обладают высокими значениями диэлектрической проницаемости ε ~ 103 - 104 и могут быть использованы в изготовлении малогабаритных конденсаторов.
Для сегнетоэлектриков существует предельная температура, называемая точкой Кюри, при превышении которой происходит нарушение ориентации диполей в домене вследствие теплового движения и спонтанная поляризация исчезает. В этом случае сегнетоэлектрик становится обычным диэлектриком. Объясняется это тем, что при температуре Кюри происходит перестройка кристаллической структуры.
Литература
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 242-244.
