Ypatingų savybių turintys dielektrikai — feroelektrikai ir elektrikai

Dielektrikai įprasta to žodžio prasme yra medžiagos, kurios įgyja elektrinį momentą veikiant išoriniam elektrostatiniam laukui. Tačiau tarp dielektrikų yra ir tokių, kurie pasižymi visiškai neįprastomis savybėmis. Šie ypatingų savybių turintys dielektrikai apima feroelektrikus ir dielektrikus. Apie juos bus kalbama toliau.

Ferroelektrikai

Spontaniška arba spontaniška medžiagos poliarizacija pirmą kartą buvo aptikta 1920 metais Rošelio druskos kristaluose, o vėliau ir kituose kristaluose. Tačiau Rošelio druskos, pirmojo atviro dielektriko, turinčio šią savybę, garbei visa tokių medžiagų grupė pradėta vadinti feroelektrika arba feroelektrika. 1930–1934 metais Leningrado fizikos skyriuje, vadovaujant Igoriui Vasiljevičius Kurchatovui, buvo atliktas išsamus spontaniškos dielektrikų poliarizacijos tyrimas.

Paaiškėjo, kad visi feroelektrikai iš pradžių demonstruoja ryškią feroelektrinių savybių anizotropiją, o poliarizaciją galima stebėti tik vienoje iš kristalų ašių.Izotropiniai dielektrikai turi vienodą visų jų molekulių poliarizaciją, o anizotropinių medžiagų poliarizacijos vektoriai skirtingomis kryptimis skiriasi. Šiuo metu aptikta šimtai feroelektrikų.

Feroelektrikai išsiskiria šiomis ypatingomis savybėmis. Jų dielektrinė konstanta e tam tikrame temperatūros diapazone yra 1000–10 000 intervale ir kinta priklausomai nuo taikomo elektrostatinio lauko stiprumo, taip pat kinta netiesiškai. Tai yra vadinamųjų apraiška Dielektrinė histereze, netgi galite nubrėžti feroelektriko poliarizacijos kreivę – histerezės kreivę.

Feroelektriko histerezės kreivė yra panaši į feromagneto histerezės kilpą magnetiniame lauke. Čia yra prisotinimo taškas, tačiau taip pat matote, kad net ir nesant išorinio elektrinio lauko, kai jis lygus nuliui, kristale stebima tam tikra liekamoji poliarizacija, kuriai pašalinti tektų priešingai nukreipta priverstinė jėga. taikomas mėginiui.

Feroelektrikams taip pat būdingas vidinis Curie taškas, ty temperatūra, kurioje feroelektrikas pradeda prarasti savo likutinę poliarizaciją, kai įvyksta antros eilės fazinis perėjimas. Rochelle druskos Curie taško temperatūra yra nuo +18 iki +24ºC.

Dielektriko feroelektrinių savybių priežastis yra spontaniška poliarizacija, atsirandanti dėl stiprios medžiagos dalelių sąveikos. Medžiaga siekia minimalios potencialios energijos, o dėl vadinamųjų struktūrinių defektų kristalas vis tiek yra padalintas į sritis.

Dėl to, kai nėra išorinio elektrinio lauko, bendras kristalo elektrinis impulsas yra lygus nuliui, o kai veikia išorinis elektrinis laukas, šios sritys linkusios orientuotis išilgai jo. Ferroelektrikai naudojami radijo inžinerijos įrenginiuose, tokiuose kaip varikondai - kintamos talpos kondensatoriai.

Elektretai

Dielektrikai vadinami dielektrikais, kurie gali išlaikyti poliarizuotą būseną ilgą laiką net ir išjungus išorinį elektrostatinį lauką, sukėlusį poliarizaciją. Iš pradžių dielektrinės molekulės turi pastovius dipolio momentus.

Bet jei toks dielektrikas išlydomas ir jam tirpstant veikiamas stiprus nuolatinis elektrostatinis laukas, nemaža dalis išlydytos medžiagos molekulių bus orientuota pagal taikomą lauką.Dabar išlydytą medžiagą reikia aušinti, kol ji visiškai sukietės. , tačiau elektrostatiniam laukui leidžiama veikti tol, kol medžiaga sukietėja. Kai išlydyta medžiaga visiškai atvės, lauką galima išjungti.

Po šios procedūros sukietėjusioje medžiagoje molekulių sukimasis bus sunkus, o tai reiškia, kad molekulės išlaikys savo orientaciją. Taip gaminami elektrikai, galintys išlaikyti poliarizuotą būseną nuo kelių dienų iki daugelio metų. Pirmą kartą elektretą (termoelektretą) panašiu būdu iš karnaubo vaško ir kanifolijos pagamino japonų fizikas Yoguchi, tai įvyko 1922 m.

Liekamoji dielektriko poliarizacija gali būti gaunama orientuojant kvazidipolius kristaluose, migruojant įelektrintas daleles į elektrodus arba, pavyzdžiui, į dielektriką poliarizacijos metu įpurškiant įkrautas daleles iš elektrodų arba iš tarpelektrodinių tarpelių. Krūvio nešikliai gali būti įvesti į mėginį dirbtinai, pavyzdžiui, apšvitinant elektronų pluoštu. Laikui bėgant elektreto poliarizacijos laipsnis mažėja dėl atsipalaidavimo procesų ir krūvininkų judėjimo veikiant vidiniam elektreto elektriniam laukui.

Iš esmės bet kurį dielektriką galima paversti elektretine būsena. Stabiliausi elektretai gaunami iš dervų ir vaškų, iš polimerų ir neorganinių dielektrikų, turinčių polikristalinę arba monokristalinę struktūrą, iš stiklų, sietų ir kt.

Kad dielektrikas taptų stabiliu elektretu, jį reikia pašildyti iki lydymosi temperatūros stipriame elektrostatiniame lauke, o po to atvėsinti lauko neišjungiant (tokie elektretai vadinami termoelektretais).

Galite apšviesti pavyzdį stipriu elektriniu lauku, taip gamindami fotoelektrą. Arba apšvitinti radioaktyviuoju poveikiu — radioelektrika. Tiesiog įdėkite jį į labai stiprų elektrostatinį lauką – gausite elektroelektretą. Arba magnetiniame lauke - magnetoelektretas. Organinio tirpalo kietėjimas elektriniame lauke yra krioelektretas.

Mechaniškai deformuojant polimerą gaunami metanolio elektretai. Per trintį – triboelektrikai. Koronos elektretai yra korona iškrovos veikimo lauke. Stabilus elektreto paviršiaus krūvis yra 0,00000001 C/cm2.

Įvairios kilmės elektretai naudojami kaip nuolatinio elektrostatinio lauko šaltiniai vibracijos jutikliuose, mikrofonuose, signalų generatoriuose, elektrometruose, voltmetruose ir kt. Jie puikiai tarnauja kaip jautrūs elementai dozimetruose, atminties įrenginiuose. Kaip fokusavimo įtaisai dujų filtruose, barometruose ir higrometruose. Visų pirma, fotoelektretai naudojami elektrofotografijoje.