Вы здесь

Работы А. Ф. Иоффе и его сотрудников в области электрических свойств диэлектриков

 

Вторая линия научных исследований А. Ф. Иоффе связана с изучением электрических свойств изоляторов. Начало этой работе было положено еще в лаборатории Мюнхенского университета открытием внутреннего фотоэффекта в рентгенизированных кристаллах каменной соли. Ставя опыты с кварцем и кальцитом, Абрам Федорович обнаружил, что при прохождении тока в диэлектрике возникает ЭДС, противодействующая внешнему напряжению. Для выяснения природы возникновения этой ЭДС Иоффе измерил с помощью датчиков — «зондов» распределение потенциала по длине испытуемого образца. Анализируя полученные результаты, ученый пришел к выводу, что вблизи электродов в очень тонком слое собираются подвижные ионы кристалла противоположных знаков. Именно этими зарядами обусловлено появление обратной ЭДС. Учтя ее, Абрам Федорович доказал независимость сопротивления диэлектрика от приложенной разности потенциалов, т. е. установил справедливость закона Ома для изолятора.

Совместно с сотрудниками была проведена целая серия работ по исследованию температурной зависимости электропроводимости кристаллов, влияния примесей посторонних атомов, изучено движение ионов сквозь кристаллическую решетку и т. д. Часть полученных результатов была опубликована в 1923 г. в совместной с Рентгеном статье. Несколько лет длилась дискуссия по вопросу о механизме электропроводимости кристаллов, возникшая между немецким физиком Смекалом и советским ученым А. Ф. Иоффе. Первый считал, что при возникновении электропроводимости главную роль играют локальные нарушения решетки, а второй — химические примеси. Школа Иоффе с честью выиграла многолетнюю полемику, финалом которой был большой диспут в Берлине, состоявшийся в 1930 г.

Дальнейшее внимание ученого было направлено на совершенно неизученный вопрос о пробивной прочности ионных кристаллов. Особенный интерес в этом отношении представлял кальцит, где заряды сосредоточивались в слое порядка тысячной доли миллиметра вблизи катода и создавали поле напряженностью в несколько миллионов вольт на сантиметр. Анализ многочисленных исследований показал, что такие огромные электрические силы выдерживаются только очень тонкими пластинками изолятора. Поэтому следующий цикл работ был направлен на изучение свойств тонких пленок. Абрам Федорович высказал предположение о характере пробоя в диэлектриках. Суть его гипотезы сводилась к тому, что при достижении определенного электрического напряжения в изоляторе развивается ионная лавина. Если образец достаточно тонок, лавина не успевает разрастись до пробойной и диэлектрик не разрушается. Результаты проведенных исследований позволили предположить, что кристаллы некоторых солеобразных веществ могут быть использованы для получения высоковольтных аккумуляторов малого веса и большой емкости. Идея заключалась в том, чтобы, последовательно соединяя «элементы» из кальцита в батарею, получить сильное электрическое поле при малых размерах. Однако все попытки создания такой батареи заканчивались неудачей. Подробное исследование «тонкослойной изоляции» не оправдало связанных с ней надежд на техническое использование высоковольтных аккумуляторов с малыми габаритами.

Эффект тонкого слоя навел на мысль о созданий новой высоковольтной изоляции. «Такой же прочностью, какой обладает отдельный тонкий слой, должна обладать и комбинация из наложенных друг на друга тонких слоев», — рассуждал ученый. По предложению Иоффе в работу по созданию новой изоляции были включены лаборатории США и Германии. Финал оказался неожиданным и драматичным. Молодой сотрудник ЛФТИ А. П. Александров опроверг результаты исходных опытов, проведенных со стеклом и слюдой, а теоретик Л. Д. Ландау на основании квантовых представлений о строении твердых тел доказал несостоятельность гипотезы пробоя, выдвинутой Иоффе. «Не все направления исследований оказались плодотворными и правильными», — скажет позднее ученый.

Однако систематическое изучение явления пробоя и работа над более совершенной изоляцией не прошли бесследно: был открыт ценный для техники диэлектрик — стирол, выяснена роль поверхности изолятора в электрическом пробое (краевой эффект), установлены два типа пробоя — низкотемпературный и тепловой, отработаны методы защиты от краевого пробоя и т. д. Наконец, была создана целая школа специалистов по изоляции.

Спустя 30 лет после большой неудачи ученого начали опять появляться работы, развивающие его идеи о тонкослойной изоляции. Преодолев многие трудности, удалось создать однородную диэлектрическую пленку, на которой факт электрического упрочнения тонкого слоя был вновь установлен. Оказалось, что при низких температурах пробой носит действительно лавинный характер, только разгоняются не ионы, как предполагал Иоффе, а электроны.

Работы по изучению электрических свойств диэлектриков проводились совместно с сотрудниками: Б. М. Гохбергом, А. Ф. Вальтером, А. П. Александровым, И. В. Курчатовым, К. Д. Синельниковым, А. В. Степановым, А. В. Иоффе и многими другими.

 

Добавить комментарий

Plain text

  • HTML-теги не обрабатываются и показываются как обычный текст
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.