ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Исследовать температурную зависимость спонтанной поляризации и коэрцитивного поля сегнетоэлектрика триглицин- сульфата. Определить температуру Кюри.
ОБОРУДОВАНИЕ: Электронный осциллограф. Цифровой килоомметр. Установка Сойера-Тауэра.
Диэлектрик, помещенный в электрическое поле, поляризуется, т.е. приобретает электрический дипольный момент. При этом в зависимости от молекулярного строения диэлектрика, в нем будут происходить различные процессы. В так называемых неполярных диэлектриках под действием электрического поля происходит смещение "центра тяжести" положительных и отрицательных зарядов молекул и атомов. В результате каждая элементарная ячейка приобретает индуцированный дипольный момент. В полярных диэлектриках молекулы уже обладают постоянным дипольным моментом, но тепловое движение поддерживает хаотическую ориентацию диполей. В электрическом поле происходит их ориентация в определенном направлении.
Степень поляризации диэлектрика характеризуется поляризованностью P, которая численно равна суммарному дипольному моменту единицы объема.
(1)
В большинстве диэлектриков вектор поляризации пропорционален напряженности электрического поля
P=æ×e0×E (2)
Коэффициент пропорциональности æ называется диэлектрической восприимчивостью диэлектрика.
Поляризация диэлектрика приводит к появлению на его границах связанных зарядов, поле которых ослабляет поле в диэлектрике.
Поверхностная плотность s связанных зарядов численно равна поляризованности P =s ’ . Результирующее поле внутри диэлектрика
E = E0 - E' (3)
состоит из внешнего
поля 
созданного свободными зарядами с
поверхностной плотностью s и поля
связанных зарядов 
, направленного против внешнего
поля. Ослабление поля в диэлектрике характеризуется диэлектрической
проницаемостью e
e =1+æ= 
Рис. 1.
Сегнетоэлектрики - это диэлектрики, которые обладают спонтанной (самопроизвольной) поляризацией P в отсутствие электрического поля. Спонтанная поляризация ячеек кристалла имеет одинаковое направление в пределах макроскопических (т.е. содержащих очень большое число элементарных ячеек) областей, называемых доменами. Обычно домены имеют размеры порядка 1-10 мкм.
Направления поляризации в соседних доменах отличаются, поэтому в отсутствие электрического поля в состоянии равновесия средняя поляризация образца равна нулю (что соответствует минимуму его энергии).
На рис. 2 показана доменная структура изучаемого в этой работе сегнетоэлектрика - триглицинсульфата. Этот кристалл имеет лишь два возможных направления P , что обусловлено его кристаллической симметрией, в других кристаллах их может быть больше.
Если образец поместить в электрическое поле, то энергетически более выгодными будут домены с параллельным полю (или близким к нему) направлением спонтанной поляризации. Доменная структура начнет изменяться "в пользу" указанных доменов за счет движения доменных стенок, а также появления и роста зародышей новых доменов (рис. 2, б).
Рис. 2. Схема доменной структуры триглицинсульфата.
а) - в отсутствие электрического поля.
б) - изменение доменной структуры в электрическом поле.
Средняя поляризация образца станет отличной от нуля. Зависимость поляризации образца от напряженности поля у сегнетоэлектриков, в отличие от обычных диэлектриков, нелинейная (рис. 3, а).
а) б)
Рис. 3. Зависимости P(E).
а) 1 - для линейного диэлектрика.
2 - начальная кривая поляризации сегнетоэлектрика. б) - петля гистерезиса для циклической переполяризации.
На участке o-a поляризация образца растет за счет изменения доменной структуры. Когда образец станет монодоменным, т.е. будет представлять единый домен, поляризация с ростом поля будет незначительно возрастать за счет индуцированного увеличения дипольного момента каждой элементарной ячейки. Этот участок a-b называется участком насыщения. Если данный участок насыщения экстраполировать до пересечения с осью P (E = 0), мы получим величину поляризации монодоменного кристалла в отсутствие электрического поля, т.е. величину спонтанной поляризации кристалла PS .
Если образец заполяризировать до насыщения (начальная кривая
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.