PDF (1 MB) - FMI

122 LUKU 10. SÄHKÖISET JA MAGNEETTISET MATERIAALITUseimmilla eristeillä E m menee nollaan E:n mukana. Joissain tapauksissaon olemassa pysyvää polarisaatiota P 0 , jolloin E:n ollessa nollaE m = 1 3 P 0 (10.15)TällöinP 0 = nαE m = nα 3 P 0 (10.16)joten nollasta poikkeava pysyvä polarisaatio edellyttää, ettänα3 = 1 (10.17)Tämä ehto on varsin tiukka ja useimmille materiaaleille nα/3 < 1, jotenne käyttäytyvät kuten tavalliset eristeet. Jotkin kristallirakenteiset kiinteätaineet kuitenkin toteuttavat ehdon ja niitä kutsutaan ferroelektrisiksi materiaaleiksi.Esimerkiksi BaTiO 3 on ferroelektristä alle 120 ◦ C:n lämpötilassa(aiheesta enemmän Feynman Lectures, osa II, luku 11-7).Pysyvästi polarisoitunut kappale (elektretti) on kestomagneetin sähköinenvastine. Se eroaa kuitenkin magneetista ratkaisevasti, koska elektretinpinnalle kertyy vähitellen väliaineesta vapaita varauksia, jotka neutralisoivatpolarisaatiopintavarauksen.Ferroelektrisyydelle ominainen pysyvä polarisoituvuus aiheuttaa hystereesi-ilmiön.Kun aine on kerran polarisoitu tasolle P , niin polarisaatio eikatoa vietäessä sähkökenttä nollaan, vaan vasta selvästi nollan alapuolella.Kasvatettaessa negatiivista sähkökenttää polarisaatio saavuttaa uudelleenuuden tason −P , josta ei puolestaan päästä eroon kasvattamalla sähkökenttänollaan vaan kenttää on kasvatettava riittävän paljon nollan yläpuolelle.Siten polarisaation ja sähkökentän välinen relaatio ei ole yksikäsitteinen.Vastaavaan ilmiöön tutustutaan myöhemmin ferromagnetismin yhteydessä.10.2 Ionikiteen sähköstaattinen energiaTutkitaan seuraavaksi sähköstatiikan keinoin ionikiteen energiaa. Tarkastellaanesimerkkinä suolaa (NaCl, kuva 10.2). Kokeellisesti tiedetään, ettäsuolan hajottaminen Na + ja Cl − -ioneiksi vaatii energiaa 7.92 eV molekyyliäkohti. Lasketaan, onko tämä sama kuin yhden molekyylin sähköstaattinenpotentiaalienergia kaikkien muiden suolakiteen ionien kentässä.Riittää tarkastella yhtä Na + -ionia. Sen potentiaalienergia onU 1 = 1 2N∑i=1eq i4πɛ 0 r i(10.18)