ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО

СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ

Огните в дугу тонкую стальную пластинку и затем от­пустите её. Она выпрямится и примет первоначаль­ную форму. Это происходит под воздействием внутренних сил упругости, которые обусловлены сцеплением между атомами металла. Силы сцепления атомов и молекул в разных веществах различны. Так, в свинце они значи­тельно меньше, чем в стали. Поэтому и упругость плас­тинки из свинца во много раз ниже, чем упругость сталь­ной пластинки. Действительно, согнув свинцовую плас­тинку, легко убедиться, что она уже не выпрямится, а со­хранит ту форму, которую ей придали при сгибании.

Возьмите обыкновенную школьную резинку. В каком направлении её ни сдавливать, она одинаково упруга. Значит, упругие свойства резины не зависят от направле­ния приложенной силы. Тела, у которых упругость, проч­ность и другие физические свойства одинаковы во всех направлениях, называются изотропными. Слово «изотропный» имеет греческое происхождение и озна­чает — одинаковый по всем направлениям. К числу изо­тропных относятся аморфные тела, а также поликристал - лические тела при условии, что зёрна-кристаллики в них расположены друг относительно друга в полном беспо­рядке (примером таких тел могут служить литые ме­таллы) .

Но изотропны далеко не все тела. Взгляните на кусок дерева. Он имеет волокнистую структуру. Расколоть по­лено поперёк волокон очень трудно, потому что их нужно перерубить. Вдоль волокон расколоть полено гораздо легче, так как в этом случае достаточно лишь отделить во­локна друг от друга, не перерубая их. Следовательно, прочность дерева в различных направлениях не одинакова. Тела, обладающие одинаковыми физическими свойствами в одинаковых направлениях и различными в разных, на­зываются анизотропными. Слово «анизотропный» означает — различный в разных направлениях. В каче­стве примера анизотропных веществ можно назвать про­катанный металл или проволоку; их зёрна расплющены и вытянуты в определённом направлении.

К числу анизотропных веществ относятся и монокри­сталлы. Силы сцепления между атомами и молекулами, образующими кристаллическую решётку, в разных на­
правлениях различны. Поэтому для многих кристаллов характерна так называемая спайность — способность рас­калываться по определённым плоскостям. Это свойство

Легко обнаружить, например, в слюде, которая свободно расщеп­ляется на параллельные слои.

Изотропность или анизотроп­ность различных веществ часто характеризуется их твёрдостью.

Твёрдость — это способность тела сопротивляться проникнове­нию в него другого тела, имею­щего форму острия.

Раскалите докрасна сталь­ную пластинку и затем опустите её в холодную воду. Такая опе - Рис. 7. Опыт, показывающий, рация называется закалкой. За - что теплопроводность квар - калённая пластинка значительно

ЦеВ0Г0 направления! ВИСИТ °Т т? рже незакалённой. Это легко

Обнаружить, царапая пластинки каким-либо остриём. На незака­лённой пластинке царапина будет заметно глубже, чем на закалённой.

Твёрдость изотропных веществ одинакова во всех на­правлениях. Твёрдость анизотропных веществ различна в зависимости от направления.

Это нетрудно проверить, слегка ударив каким-либо закруглённым остриём по определённой грани кварцевого кристалла. В результате удара на по­верхности кварца образуется трещи­на, имеющая треугольную форму.

Если же ударить тем же остриём по пластинке из воска, то форма углуб­ления будет круглой.

Оптические свойства кристаллов, их теплопроводность и другие свой­ства также различны в разных на­правлениях.

Покройте боковую грань кристал­ла кварца воском. Затем коснитесь середины грани кончиком нагретой кварца воспримет тепло, и воск вокруг иглы расплавится. Если бы теплопроводность кристалла была равной во всех

Направлениях, расплавленный участок имел бы вид круга. В действительности же этот участок имеет форму эллипса (рис. 7).

Это означает, что теплопровод­ность кристалла различна в раз­ных направлениях.

Чтобы знать свойства кристал­ла в любом направлении, нужно установить несколько основных, особо характерных направлений, так называемых координатных осей. Тогда направление любой прямой легко определить, измерив углы между этой прямой и осями.

В кристаллографии часто поль­зуются прямоугольной системой координат. Эта система состоит из осей, проходящих в трёх взаимно­перпендикулярных направлениях (рис. 8). Координатные оси обоз­начаются латинскими буквами х, у и г. Ясно, что каждой оси от­вечает бесчисленное множество воображаемых параллельных ли­ний, поскольку в одних и тех же направлениях свойства кристалла неизменны.

Для примера на рис. 9 показан кристалл кварца и его координат­ные оси. Ось г, проходящая через вершины кристалла, называется главной, ось х — электрической, а оси у — механической. В кристал­ле кварца имеется 3 электрических и 3 механических оси. В направле­ниях хи *2, х3 свойства кварцевого

Кристалла одинаковы. Они также одинаковы и в направ­лениях у у2 уз - Таким образом, кристалл кварца состоит как бы из трёх одинаковых, повторяющихся частей. По­добные тела называются симметричными.

На рис. 10 изображены круг, шестиугольник и пяти­конечная звезда. Всё это примеры симметричных фигур. Из рисунка видно, что каждую симметричную фигуру

Можно разделить на несколько одинаковых частей линия­ми, получившими название осей симметрии.

Если вас и ваше отражение в зеркале изобразить на бу­маге, то получится также симметричная фигура, причём

Линия, изображающая на рисунке плоскость зеркала, бу­дет осью симметрии. Путём поворота вокруг оси симмет­рии симметричные части фигуры можно совместить друг с другом.

На рис. 11 показан параллелограмм. Точка С, в кото­рой пересекаются его диагонали, является особой точкой.

В каком бы направлении мы ни проводили через неё прямую линию, отрезки, от­секаемые на этой прямой противоположными сторо­нами параллелограмма, всегда будут равны между собой (СМ = СН, СМ у = С#1 и т. д.). Точку С назы­вают центром симметрии данной фигуры.

В кристаллографии по­нятия симметрии и центра симметрии имеют более широкий смысл. Здесь под словом симметрия понимается не только закономерная повторяе­мость одинаковых по форме и размеру частей кристалла, но и повторяемость его физических свойств — упругости, твёрдости и т. д. Если провести через центр симметрии кристалла произвольную прямую, то эта прямая пересе­чёт поверхность кристалла в двух одинаково удалённых

От центра точках. Более того, в любых равноудалённых от центра симметрии точках, лежащих на такой прямой, фи­зические свойства кристалла будут одинаковы.

Но далеко не все кристаллы обладают центром сим­метрии. По своей симметричности кристаллы разделены на 32 класса. Кристаллы 21 класса не имеют центра сим­метрии. Такие кристаллы называются ацентричными, то-есть не имеющими центра.