Dielektriķi ar īpašām īpašībām — feroelektriskie un elektriskie

Dielektriķi šī vārda parastajā nozīmē ir vielas, kas ārējā elektrostatiskā lauka iedarbībā iegūst elektrisku momentu. Tomēr starp dielektriķiem ir tādi, kuriem ir pilnīgi neparastas īpašības. Šie dielektriķi ar īpašām īpašībām ietver feroelektriķus un dielektriķus. Tie tiks apspriesti tālāk.

Ferroelektriķi

Vielas spontāna vai spontāna polarizācija pirmo reizi tika atklāta 1920. gadā Rošelas sāls kristālos un vēlāk arī citos kristālos. Tomēr par godu Rošellas sālim, pirmajam atvērtajam dielektriķim, kas demonstrē šo īpašību, visu šādu vielu grupu sāka saukt par feroelektriķiem vai feroelektriķiem. 1930.-1934.gadā Ļeņingradas Fizikas nodaļā Igora Vasiļjeviča Kurčatova vadībā tika veikts detalizēts dielektriķu spontānas polarizācijas pētījums.

Izrādījās, ka visi feroelektriskie elementi sākotnēji demonstrē izteiktu feroelektrisko īpašību anizotropiju, un polarizāciju var novērot tikai pa vienu no kristāla asīm.Izotropajiem dielektriķiem ir vienāda polarizācija visām to molekulām, savukārt anizotropajām vielām polarizācijas vektori dažādos virzienos ir atšķirīgi. Pašlaik ir atklāti simtiem feroelektrisko elementu.

Ferroelektriķi izceļas ar šādām īpašām īpašībām. To dielektriskā konstante e noteiktā temperatūras diapazonā ir robežās no 1000 līdz 10000 un mainās atkarībā no pielietotā elektrostatiskā lauka stipruma un mainās arī nelineāri. Šī ir tā sauktā izpausme Dielektriskā histerēze, jūs pat varat uzzīmēt feroelektriskā polarizācijas līkni — histerēzes līkni.

Feroelektriķa histerēzes līkne ir līdzīga feromagnēta histerēzes cilpai magnētiskajā laukā. Šeit ir piesātinājuma punkts, taču jūs varat arī redzēt, ka pat tad, ja nav ārēja elektriskā lauka, kad tas ir vienāds ar nulli, kristālā tiek novērota zināma atlikušā polarizācija, kuras novēršanai būtu jāpieliek pretēji vērsts piespiedu spēks. piemēro paraugam.

Feroelektriķiem raksturīgs arī raksturīgs Kirī punkts, tas ir, temperatūra, pie kuras feroelektriskais elements sāk zaudēt savu atlikušo polarizāciju, kad notiek otrās kārtas fāzes pāreja. Rošelas sālim Kirī punkta temperatūra ir robežās no +18 līdz +24ºC.

Feroelektrisko īpašību klātbūtnes iemesls dielektrikā ir spontāna polarizācija, kas rodas vielas daļiņu spēcīgas mijiedarbības rezultātā. Viela tiecas pēc minimālas potenciālās enerģijas, savukārt tā saukto strukturālo defektu klātbūtnes dēļ kristāls tik un tā tiek sadalīts reģionos.

Rezultātā, ja nav ārējā elektriskā lauka, kristāla kopējais elektriskais impulss ir nulle, un, ja tiek pielietots ārējs elektriskais lauks, šie apgabali mēdz orientēties pa to. Feroelektriskie elementi tiek izmantoti radiotehnikas ierīcēs, piemēram, varikondos - kondensatoros ar mainīgu kapacitāti.

Elektreti

Dielektriķus sauc par dielektriķiem, kas var ilgstoši uzturēt polarizētu stāvokli pat pēc tam, kad ir izslēgts ārējais elektrostatiskais lauks, kas izraisīja polarizāciju. Sākotnēji dielektriskajām molekulām ir nemainīgi dipola momenti.

Bet, ja šādu dielektriķi izkausē un pēc tam tam kūstot tiek iedarbināts spēcīgs pastāvīgs elektrostatiskais lauks, ievērojama daļa izkausētās vielas molekulu tiks orientēta atbilstoši pielietotajam laukam.Tagad izkausētā viela ir jāatdzesē, līdz tā pilnībā sacietē. , bet elektrostatiskajam laukam ļauj darboties līdz viela sacietē. Kad izkausētā viela ir pilnībā atdzisusi, lauku var izslēgt.

Pēc šīs procedūras sacietējušajā vielā molekulu rotācija būs apgrūtināta, kas nozīmē, ka molekulas saglabās savu orientāciju. Šādi tiek izgatavoti elektriķi, kas spēj uzturēt polarizētu stāvokli no dažām dienām līdz daudziem gadiem. Pirmo reizi elektretu (termoelektretu) līdzīgā veidā no karnaubas vaska un kolofonija izgatavoja japāņu fiziķis Joguči, tas notika 1922. gadā.

Dielektriķa atlikušo polarizāciju var iegūt, orientējot kvazidipolus kristālos, lādētas daļiņas migrējot uz elektrodiem vai, piemēram, polarizācijas laikā dielektrikā injicējot uzlādētas daļiņas no elektrodiem vai starpelektrodu spraugām. Lādiņnesējus paraugā var ievadīt mākslīgi, piemēram, apstarojot ar elektronu staru kūli. Laika gaitā elektreta polarizācijas pakāpe samazinās relaksācijas procesu un lādiņnesēju kustības dēļ elektreta iekšējā elektriskā lauka ietekmē.

Principā jebkuru dielektriķi var pārvērst elektreta stāvoklī. Stabilākos elektretus iegūst no sveķiem un vaskiem, no polimēriem un neorganiskiem dielektriķiem ar polikristālisku vai monokristālisku struktūru, no glāzēm, sietiem u.c.

Lai dielektriķi padarītu par stabilu elektretu, tas ir jāuzsilda līdz kušanas temperatūrai spēcīgā elektrostatiskā laukā un pēc tam jāatdzesē, neizslēdzot lauku (šādus elektrētus sauc par termoelektretiem).

Jūs varat apgaismot paraugu spēcīgā elektriskajā laukā, tādējādi radot fotoelektrisko elementu. Vai apstarot ar radioaktīviem efektiem — radioelektriķiem. Vienkārši ievietojiet to ļoti spēcīgā elektrostatiskā laukā — jūs iegūstat elektroelektretu. Vai magnētiskajā laukā — magnetoelektretā. Organiskā šķīduma sacietēšana elektriskajā laukā ir krioelektrets.

Metanola elektretus iegūst, mehāniski deformējot polimēru. Caur berzi - triboelektriķi. Korona elektreti atrodas koronas izlādes darbības laukā. Uz elektreta sasniegtais stabilais virsmas lādiņš ir aptuveni 0,00000001 C/cm2.

Dažādas izcelsmes elektreti tiek izmantoti kā pastāvīga elektrostatiskā lauka avoti vibrācijas sensoros, mikrofonos, signālu ģeneratoros, elektrometros, voltmetros u.c. Tie lieliski kalpo kā jutīgi elementi dozimetros, atmiņas ierīcēs. Kā fokusēšanas ierīces gāzes filtros, barometros un higrometros. Jo īpaši fotoelektretus izmanto elektrofotogrāfijā.