Проводник во внешнем электрическом поле Постоянный электрический ток Ускорители заряженных частиц Магнитные свойства вещества Уравнения Максвела в интегральной и дифференциальной форме Электромагнитные волны

Курс лекций по физике

Интерференция света. Когерентность и монохроматичность световых волн. Время и длина когерентности. Расчет интерференционной картины от двух когерентных волн. Оптическая длина пути. Интерференция света в тонких пленках. Интерферометры. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света. Дифракция Френеля на круглом отверстии. Дифракция Фраунгофера на одной щели и на решетке. Разрешающая способность оптических приборов.

Объяснение сегнетоэлектричества.

 В сегнетоэлектриках между молекулами существуют весьма сильное взаимодействие, благодаря которому наиболее устойчивым и энергетически выгодным оказывается состояние с параллельной ориентацией молярных диполей.

 Области сегнетоэлектрика, в которых электрические моменты молекулярных диполей параллельны, называются доменами. В пределах каждого домена  диэлектрик поляризован до насыщения. Области самопроизвольной (спонтанной) поляризации сравнительно невелики и составляют 0,1...10 мкм в поперечнике, это объясняется рядом причин, которые рассматриваются ниже.

а) Если бы сегнетоэлектрик состоял только из одного домена, то даже в отсутствие внешнего электрического поля он обладал бы огромным электрическим моментом и создавал бы в окружающем пространстве очень сильное собственное поле с соответственно большим запасом потенциальной энергии.. Эта энергия существенно уменьшается, если конфигурация будет состоять из двух, четырех и т.д. доменов, поляризованных так, как это показано на рис.17.18 стрелками.

Рис.17.18. Доменная структура сегнетоэлектриков.

  б) На границе раздела происходит постепенный или скачкообразный разворот молекулярных диполей от одной ориентации к другой. Размеры доменов и их форма определяются минимумом энергии, затрачиваемой на создание собственного поля, энергии границ и энергии анизотропии. При этом сегнетоэлектрик разбивается на домены таким образом, что его результирующий электрический момент практически равен нулю (рис.17.19,а).

  в) Наконец, энергия двух доменов одинакового объема, но поляризованных в разных кристаллографических направлениях может оказаться различной. Эта разница в энергиях называется энергией анизотропии. 

 Поскольку формирование структуры из расплава происходит в отсутствие внешнего электрического поля, то конфигурация типа рис.17.18,в является предпочтительной вследствие выполнения фундаментального принципа самопроизвольной минимизации запаса энергии системы.

Рис.17.19. Эволюция доменной структуры во внешнем электрическом поле.

При наличии внешнего электрического поля энергия отдельных доменов оказывается неодинаковой: она меньше у тех доменов, в которых вектор поляризации образует с направлением поля острый угол, и больше у тех, у которых этот угол тупой. Действие поля на домены первоначально проявляется в смещении границ между доменами, причем это смещение происходит так, что объем доменов с благоприятной ориентацией вектора Р (с меньшей энергией) увеличивается за счет доменов, ориентированных неблагоприятно (рис.17.19,б).

Начальное смещение границ (в слабых полях) носит обратимый характер, поэтому поляризация точно следует за изменениями поляризующего поля (рис.17.20, участок ОА). При дальнейшем увеличении поля смещение границ доменов делается необратимым (рис.17.20, участок АВ).

Этот процесс требует совершения работы со стороны источника внешнего поля. Так что и образование междоменных границ и их движение связано с определенными затратами энергии. Ее величину (в расчете на единицу объема) можно оценить по величине площади петли гистерезиса.

Рис.17.20. Кривая поляризации сегнетоэлектрика.

 Наконец, границы исчезают вовсе (рис.17.19,в). При дальнейшем увеличении происходит поворот (вслед за полем) электрических моментов доменов (рис.17.20, участок ВС), которые в итоге устанавливаются параллельно полю при некотором значении его напряженности (рис.17.19,г). Сегнетоэлектрик превратился в один гигантский домен, поляризованный до насыщения (рис.17.20, состояние С). При уменьшении напряженности поляризующего поля кривая Р(Е) не идет к нулю по первоначальной кривой, так как смещение границ некоторых доменов оказывается необратимым. Проявляется гистерезис, разрушение остаточной поляризации требует электрического поля противоположной ориентации.

ВЕКТОР  ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИИ На границе раздела двух диэлектриков с различными e происходит скачкообразное изменение величины и направления вектора напряженности, обусловленное наличием связанных зарядов.

  По своим электрическим свойствам молекулы диэлектрика эквивалентны электрическим диполям, поэтому для понимания явлений в диэлектриках нужно знать, как ведет себя диполь во внешнем электрическом поле.

 Если диэлектрик внести в электрическое поле, то это поле и сам диэлектрик претерпевают существенные изменения. Необходимо учесть, что в составе атомов и молекул имеются положительно заряженные ядра и отрицательно заряженные электроны. В зависимости от строения, все диэлектрические вещества можно разделить на три большие группы.

Поместим теперь в однородное электрическое поле диэлектрик с полярными молекулами. Действие однородного электрического поля на полярные молекулы оказывается ориентирующим: поле стремится ориентировать молекулярные диполи так, чтобы их электрические моменты совпали с направлением вектора Е (рис.17.4). Поэтому этот вид поляризации называется ориентационным.

Потребность в материалах с очень высокой диэлектрической проницаемостью - в сотни и тысячи единиц - привела к поиску и созданию особого класса диэлектрических веществ сегнетоэлектриков или ферроэлектриков.

Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Квантовая гипотеза и формула Планка. Закон Стефана-Больцмана. Законы Вина. Оптическая пирометрия. Внешний фотоэффект и его законы. Фотоны. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Многофотонный фотоэффект. Эффект Комптона и его теория. Давление света. Опыты Лебедева. Квантовое и волновое объяснение давления света. Диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения.
Закон Кулона электростатическая индукция