Читайте также:
|
Процесс поляризации материала зависит от строения диэлектрика, в частности, в электрическом поле реализуются электронная, дипольная, ионная и другие виды поляризация. В процессе поляризации материал приобретает электрический момент p (Kл·м) [1].
Количественно процесс поляризации диэлектрика оценивается величиной параметра, который называется поляризованность Р (Кл/м2), характеризующей электрический момент в единице объема [1].
Сегнетоэлектрик ( ферроэлектрик) –диэлектрик, обладающий спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено внешними воздействиями.
Причиной сегнетоэлектрических свойств является самопроизвольная поляризация, возникающая под действием сильного взаимодействия между атомами (ионами) кристалла. Сегнетоэлектрик ″разделен″ на отдельные области (участки спонтанной поляризации), называемые диэлектрическими доменами, в которых возникает большой электрический момент p даже в отсутствие внешнего электрического поля. Если все электрические моменты диполей не ориентированы (расположены хаотически), то материал в целом не обладает поляризованностью, т.е. Р = 0.
Все сегнетоэлектрики можно разделить на два типа с учетом их химического строения, механизмов фазового перехода, совокупности физических свойств и способов применения в технике.
К первому типуотносятся кристаллические сегнетоэлектрики, в которых существуют постоянные электрические диполи или дипольные группы.
Ко второму типуотносятся сегнетоэлектрики: титанаты МеTiO 3 (бария, стронция, свинца, кадмия), танталаты МеТаО 3 (натрия, калия) и другие.
Наиболее распространенный сегнетоэлектрический материал – монокристалл титаната бария BaTiO 3.
Сегнетоэлектрики характеризуются важнейшими свойствами, отмеченными ниже.
Высокое и сверхвысокое значения e
Значения относительной диэлектрической проницаемости e достигают значений от 104 до 106, в частности, для титаната бария величина e достигает 6000 - 7000.
Нелинейная зависимость поляризованности Р (Е)
В постоянном поле возрастание напряженности электрического поля Е (В/м) или напряжения U (В) на образце приводит к нелинейному изменению поляризованности вещества P (Кл/м2) (рис. 3.4, а, диапазоны I -IY), следовательно, к увеличению относительной диэлектрической проницаемости и емкости образца (б). При высоких значениях напряженности Е индукция D (Кл/м2) электрического поля, равная D = ee0 E, изменяется незначительно, а e монотонно уменьшается (б).
Петля гистерезиса
Петлей гистерезиса называется замкнутая кривая, характеризующая зависимость поляризованности P (E) в переменном электрическом поле (рис. 3.4, в), изменяющемся c некоторой частотой f.
В каждом из доменов ориентация электрического момента одинакова, однако в исходном состоянии материал, как правило, не обладает поляризованностью из-за хаотического распределения доменов, и значение Р = 0 (рис. 3.4, в, точка 0).
Рис. 3.4. Кривые поляризованности Р (Е), D (E) (а), зависимость e(E) (б), предельная петля гистерезиса (в), изменение напряжения (напряженности) на образце (г) со временем
Пусть напряжение U (t) и напряженность Е (t) изменяются со временем t по гармоническому закону (рис. 3.4, г). При начальном увеличении E (t) поляризованность P (t) изменяется по линии 0-1-2, достигая значения P s. При дальнейшем уменьшении напряженности E (t) до нуля (рис. 3.4, в, точки 2-3-4) – поляризованность Р не становится равной нулю вследствие остаточной спонтанной поляризации и Р = Pr. Для уменьшения величины Р до нулевого значения необходимо включать поле с вектором E противоположной направленности (точка 5), величиной, равной коэрцитивной силе Еc (с размерностью: В/м).
При переменном электрическом воздействии на образец поляризованность Р изменяется от значений + Р s (точка 2) до - Р s (точка 6) по замкнутой кривой, называемой петлей гистерезиса и приведенной на рис. 3.4, в. Петля гистерезиса отражает нелинейную зависимость между поляризованностью Р и напряженностью внешнего электрического поля Е.
Поскольку величины Р и Е изменяются не с одинаковой фазой (не синхронно), то говорится о проявлении диэлектрического гистерезиса, приводящего к смещению по фазе поляризованности Р от приложенного напряжения U (напряженности Е).
При возрастании частоты электрического поля поляризованность Р (за счет инерционности процессов) в области высоких частот будет равна нулю и петля гистерезиса "трансформируется" в прямую линию, примыкающую к оси абсцисс.
Дата добавления: 2015-07-17; просмотров: 106 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Изучение ЖК-сегментов индикатора | | | Температура Кюри |