кальцитах, кварце, каменной соли, уже изученных Иоффе, Лукирским, Вальтером, самим Курчатовым... Почему же именно в сегнетовой соли она дает такой взлет диэлектрической постоянной?
«Теоретические представления Валашека не являются ни убедительными, ни единственно возможными...» – записали по этому поводу Курчатов и Кобеко.
Постепенно они пришли к мысли о совершенно новой природе явления. Но прежде чем попытаться объяснить эту природу, надо было убедиться, что диэлектрическая постоянная сегнетовой соли действительно составляет во много раз большую величину, чем у обычных диэлектриков. Попробовали ее измерить и натолкнулись на парадокс – сколько кристаллов, столько и величин диэлектрической постоянной!
Наконец стало ясно: кристаллы, долго лежавшие на воздухе, давали меньшие значения диэлектрической постоянной, чем только что полученные после кристаллизации; величина поляризации зависела от влажности воздуха и т. п.
Чтобы сохранить кристалл в хорошем состоянии и избежать влияния поверхностных токов, поместили образец в стеклянную трубку, хорошо замазанную с концов. Игорь Васильевич предложил использовать для измерений количества электричества не баллистический гальванометр, как делали все исследователи до них, а электрометр, благодаря чему повысилась чувствительность схемы.
Но и после этого измерения давали каждый раз другую величину диэлектрической постоянной.
– Да-а, крепкий орешек, – заметил Игорь Васильевич, когда они закончили очередную серию опытов. Но вид у него был оживленный. Ему даже нравилось, что секрет сегнетовой соли не сразу раскрывался.
Как-то Курчатова вызвал к себе Иоффе.
Игорь Васильевич оторвал взгляд от схемы, молча постоял минуту-другую, вздохнул (видимо, ему жаль было прерывать ход мысли) и, уходя из лаборатории, напомнил Павлу Павловичу:
– Думайте думайте, как быть дальше...
Абрам Федорович встретил его довольный, прямо сияющий.
– Я очень рад, – сказал он, поднимаясь из кресла, – что, наконец, дошла очередь до вас. Двадцать человек мы уже пропустили через заграничные храмы науки. Есть вакансия на поездку в Англию, в Кембридж.Кирилл Синельников вернулся, и не один, – Абрам Федорович сделал многозначительную паузу, – с женой-англичанкой. Чтоб не обижать наших невест, мы теперь решили посылать только женатых, – с обычной своей хитроватой улыбкой продолжал он, – решено начать с вас.
– Мне сейчас ехать некогда, – не поддаваясь веселому настроению, ответил Курчатов.
– Да вы в своем уме, друг мой? – пригрозил уже посерьезневший Абрам Федорович.
– Как-нибудь позже, а сейчас никак не могу, сами знаете, только-только прикоснулись к сегнетовым кристаллам.
– Сегнетовые кристаллы от вас не уйдут, а поехать за границу, может, и непредставится случай, – по инерции продолжал уговаривать Абрам Федорович, хотя понимал, что отказ Курчатова окончательный.
...Так и не довелось Игорю Васильевичу учиться за границей. Все ему было некогда.
Подозрения оправдываются
Среди возможных причин, вызывающих разнобой в результатах измерения диэлектрической постоянной сегнетовой соли, подозрение пало на воздушный зазор между электродами и диэлектриком. Ведь воздушный зазор неизбежно изменялся от опыта к опыту и мог по-разному влиять на результат. Экспериментаторы решили применить жидкий электрод – насыщенный раствор той же сегнетовой соли: между жидкостью и кристаллом зазора быть не могло.
И вот первая радость. С электродами из насыщенного раствора удалось получить вполне однозначные результаты. Оказалось, что абсолютное значение диэлектрической постоянной при комнатной температуре в полях с напряженностью 200 вольт на 1 сантиметр достигает 9300 единиц. Величина получилась даже значительно большая, чем у прежних исследователей (вспомним 1300 у Валашека). Но Курчатов и Кобеко по первым данным не хотели выносить окончательных суждений. Это видно из комментариев к результатам измерений в их первой работе. Авторы подчеркивают, что измерения продолжаются, полученные данные проверяются.
Продолжая исследования уже после сдачи статьи в набор, Курчатов и Кобеко окончательно убедились, что природа необычайно высокой диэлектрической постоянной сегнетовои соли не имеет ничего общего с высоковольтной поляризацией, так как установили, что ее просто не наблюдается в исследуемых кристаллах. В корректуре они сделали добавление: «У заряженного кристалла сегнетовои соли заряд распределен по всей толще диэлектрика в противоположность тому, что обнаруживалось раньше в других веществах».
Это уже была половина победы.
Опыты продолжались с большим подъемом и длились... четыре года. «В результате четырехлетней работы, – напишет впоследствии И. В. Курчатов, – удалось выработать методику измерений, свободную от тех недостатков, которые могут быть указаны у предыдущих исследователей вопроса, установить однозначность результатов, показать, что явления поляризации сегнетовои соли не искажаются процессами образования объемных зарядов у электродов»[2 - То есть высоковольтной поляризацией.].
...Кстати, об электродах. Уже после того как насыщенные растворы сегнетовои соли дали хорошие результаты, авторы пошли дальше. Они установили, что мешать может не только воздушный зазор между электродом и испытываемым образцом, но и то, что этот образец в ходе опыта теряет из своего состава воду. Этим и объяснялись отмеченные Валашеком старение сегнетовои соли и влияние внешней среды на электрические свойства кристаллов. Пришлось отказаться от электродов из насыщенного раствора сегнетовои соли и взять раствор графита. Вода в нем не терялась, и он не вносил заметных искажений в эксперимент.
Игорь Васильевич впоследствии говорил: «Вопрос о правильной монтировке электродов и учете возможных искажений измерений с этой стороны представляет основной вопрос при изучении сегнетоэлектриков».
Итак, сегнетоэлектрики
Понятие «сегнетоэлектрики» Курчатов первым ввел в физику. Так он назвал класс диэлектриков, обладающих такими же свойствами, что и сегнетовая соль. Что же это за свойства и чем они вызываются? Не высоковольтной поляризацией, отвечал Курчатов, а самопроизвольной. Обычно поляризация в диэлектрике возникает под воздействием электрического поля. Отрицательно заряженные частицы атомов диэлектрика (электроны), стремясь притянуться к положительному электроду, смещаются в одну сторону, положительно заряженные частицы (ядра) – в другую, образуются диполи, которые, располагаясь параллельными рядами, и создают поле самого диэлектрика.
В сегнетовой соли заряды разделены и ориентированы без воздействия внешнего поля.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63
«Теоретические представления Валашека не являются ни убедительными, ни единственно возможными...» – записали по этому поводу Курчатов и Кобеко.
Постепенно они пришли к мысли о совершенно новой природе явления. Но прежде чем попытаться объяснить эту природу, надо было убедиться, что диэлектрическая постоянная сегнетовой соли действительно составляет во много раз большую величину, чем у обычных диэлектриков. Попробовали ее измерить и натолкнулись на парадокс – сколько кристаллов, столько и величин диэлектрической постоянной!
Наконец стало ясно: кристаллы, долго лежавшие на воздухе, давали меньшие значения диэлектрической постоянной, чем только что полученные после кристаллизации; величина поляризации зависела от влажности воздуха и т. п.
Чтобы сохранить кристалл в хорошем состоянии и избежать влияния поверхностных токов, поместили образец в стеклянную трубку, хорошо замазанную с концов. Игорь Васильевич предложил использовать для измерений количества электричества не баллистический гальванометр, как делали все исследователи до них, а электрометр, благодаря чему повысилась чувствительность схемы.
Но и после этого измерения давали каждый раз другую величину диэлектрической постоянной.
– Да-а, крепкий орешек, – заметил Игорь Васильевич, когда они закончили очередную серию опытов. Но вид у него был оживленный. Ему даже нравилось, что секрет сегнетовой соли не сразу раскрывался.
Как-то Курчатова вызвал к себе Иоффе.
Игорь Васильевич оторвал взгляд от схемы, молча постоял минуту-другую, вздохнул (видимо, ему жаль было прерывать ход мысли) и, уходя из лаборатории, напомнил Павлу Павловичу:
– Думайте думайте, как быть дальше...
Абрам Федорович встретил его довольный, прямо сияющий.
– Я очень рад, – сказал он, поднимаясь из кресла, – что, наконец, дошла очередь до вас. Двадцать человек мы уже пропустили через заграничные храмы науки. Есть вакансия на поездку в Англию, в Кембридж.Кирилл Синельников вернулся, и не один, – Абрам Федорович сделал многозначительную паузу, – с женой-англичанкой. Чтоб не обижать наших невест, мы теперь решили посылать только женатых, – с обычной своей хитроватой улыбкой продолжал он, – решено начать с вас.
– Мне сейчас ехать некогда, – не поддаваясь веселому настроению, ответил Курчатов.
– Да вы в своем уме, друг мой? – пригрозил уже посерьезневший Абрам Федорович.
– Как-нибудь позже, а сейчас никак не могу, сами знаете, только-только прикоснулись к сегнетовым кристаллам.
– Сегнетовые кристаллы от вас не уйдут, а поехать за границу, может, и непредставится случай, – по инерции продолжал уговаривать Абрам Федорович, хотя понимал, что отказ Курчатова окончательный.
...Так и не довелось Игорю Васильевичу учиться за границей. Все ему было некогда.
Подозрения оправдываются
Среди возможных причин, вызывающих разнобой в результатах измерения диэлектрической постоянной сегнетовой соли, подозрение пало на воздушный зазор между электродами и диэлектриком. Ведь воздушный зазор неизбежно изменялся от опыта к опыту и мог по-разному влиять на результат. Экспериментаторы решили применить жидкий электрод – насыщенный раствор той же сегнетовой соли: между жидкостью и кристаллом зазора быть не могло.
И вот первая радость. С электродами из насыщенного раствора удалось получить вполне однозначные результаты. Оказалось, что абсолютное значение диэлектрической постоянной при комнатной температуре в полях с напряженностью 200 вольт на 1 сантиметр достигает 9300 единиц. Величина получилась даже значительно большая, чем у прежних исследователей (вспомним 1300 у Валашека). Но Курчатов и Кобеко по первым данным не хотели выносить окончательных суждений. Это видно из комментариев к результатам измерений в их первой работе. Авторы подчеркивают, что измерения продолжаются, полученные данные проверяются.
Продолжая исследования уже после сдачи статьи в набор, Курчатов и Кобеко окончательно убедились, что природа необычайно высокой диэлектрической постоянной сегнетовои соли не имеет ничего общего с высоковольтной поляризацией, так как установили, что ее просто не наблюдается в исследуемых кристаллах. В корректуре они сделали добавление: «У заряженного кристалла сегнетовои соли заряд распределен по всей толще диэлектрика в противоположность тому, что обнаруживалось раньше в других веществах».
Это уже была половина победы.
Опыты продолжались с большим подъемом и длились... четыре года. «В результате четырехлетней работы, – напишет впоследствии И. В. Курчатов, – удалось выработать методику измерений, свободную от тех недостатков, которые могут быть указаны у предыдущих исследователей вопроса, установить однозначность результатов, показать, что явления поляризации сегнетовои соли не искажаются процессами образования объемных зарядов у электродов»[2 - То есть высоковольтной поляризацией.].
...Кстати, об электродах. Уже после того как насыщенные растворы сегнетовои соли дали хорошие результаты, авторы пошли дальше. Они установили, что мешать может не только воздушный зазор между электродом и испытываемым образцом, но и то, что этот образец в ходе опыта теряет из своего состава воду. Этим и объяснялись отмеченные Валашеком старение сегнетовои соли и влияние внешней среды на электрические свойства кристаллов. Пришлось отказаться от электродов из насыщенного раствора сегнетовои соли и взять раствор графита. Вода в нем не терялась, и он не вносил заметных искажений в эксперимент.
Игорь Васильевич впоследствии говорил: «Вопрос о правильной монтировке электродов и учете возможных искажений измерений с этой стороны представляет основной вопрос при изучении сегнетоэлектриков».
Итак, сегнетоэлектрики
Понятие «сегнетоэлектрики» Курчатов первым ввел в физику. Так он назвал класс диэлектриков, обладающих такими же свойствами, что и сегнетовая соль. Что же это за свойства и чем они вызываются? Не высоковольтной поляризацией, отвечал Курчатов, а самопроизвольной. Обычно поляризация в диэлектрике возникает под воздействием электрического поля. Отрицательно заряженные частицы атомов диэлектрика (электроны), стремясь притянуться к положительному электроду, смещаются в одну сторону, положительно заряженные частицы (ядра) – в другую, образуются диполи, которые, располагаясь параллельными рядами, и создают поле самого диэлектрика.
В сегнетовой соли заряды разделены и ориентированы без воздействия внешнего поля.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63