Eristeet, joilla on erikoisominaisuudet — ferrosähköiset ja sähköt

Dielektrikot sanan tavallisessa merkityksessä ovat aineita, jotka saavat sähköisen momentin ulkoisen sähköstaattisen kentän vaikutuksesta. Eristeiden joukossa on kuitenkin sellaisia, joilla on täysin epätavallisia ominaisuuksia. Näitä erityisominaisuuksia omaavia eristeitä ovat ferrosähköiset ja dielektriset aineet. Näistä keskustellaan lisää.

Ferrosähköiset

Aineen spontaani tai spontaani polarisaatio löydettiin ensimmäisen kerran vuonna 1920 Rochellen suolakiteistä ja myöhemmin muista kiteistä. Kuitenkin Rochelle-suolan, ensimmäisen avoimen dielektrisen, jolla oli tämä ominaisuus, kunniaksi koko tällaisten aineiden ryhmää alettiin kutsua ferrosähköisiksi aineiksi tai ferrosähköiksi. Vuosina 1930-1934 Leningradin fysiikan osastolla suoritettiin yksityiskohtainen tutkimus eristeiden spontaanista polarisaatiosta Igor Vasilievich Kurchatovin johdolla.

Kävi ilmi, että kaikki ferrosähköiset osoittivat aluksi voimakasta ferrosähköisten ominaisuuksien anisotropiaa ja polarisaatiota voidaan havaita vain yhdellä kideakseleista.Isotrooppisilla dielektreillä on sama polarisaatio kaikille molekyyleilleen, kun taas anisotrooppisten aineiden polarisaatiovektorit ovat erilaisia ​​eri suuntiin. Tällä hetkellä on löydetty satoja ferrosähköisiä osia.

Ferrosähköisillä tuotteilla on seuraavat erityisominaisuudet. Niiden dielektrisyysvakio e tietyllä lämpötila-alueella on alueella 1000 - 10000 ja muuttuu käytetyn sähköstaattisen kentän voimakkuuden mukaan ja muuttuu myös epälineaarisesti. Tämä on ilmentymä ns Dielektrinen hystereesi, voit jopa piirtää ferrosähköisen polarisaatiokäyrän – hystereesikäyrän.

Ferrosähköisen hystereesikäyrä on samanlainen kuin ferromagneetin hystereesisilmukka magneettikentässä. Tässä on kyllästyspiste, mutta voit myös nähdä, että jopa ulkoisen sähkökentän puuttuessa, kun se on yhtä suuri kuin nolla, kiteessä havaitaan jonkin verran jäännöspolarisaatiota, jonka eliminoimiseksi vastakkaiseen pakottavaan voimaan tulisi vaikuttaa. sovelletaan näytteeseen.

Ferrosähköisille on myös tunnusomaista sisäinen Curie-piste, eli lämpötila, jossa ferrosähköinen alkaa menettää jäännöspolarisaatiotaan toisen asteen faasisiirtymän tapahtuessa. Rochelle-suolan Curie-pisteen lämpötila on +18 - +24 ºC.

Syy ferrosähköisten ominaisuuksien esiintymiseen dielektrissä on spontaani polarisaatio, joka johtuu aineen hiukkasten välisestä voimakkaasta vuorovaikutuksesta. Aine pyrkii mahdollisimman pieneen potentiaaliseen energiaan, kun taas ns. rakenteellisten vikojen vuoksi kide on joka tapauksessa jaettu alueisiin.

Tämän seurauksena, kun ulkoista sähkökenttää ei ole, kiteen kokonaissähköinen liikemäärä on nolla, ja kun ulkoinen sähkökenttä kohdistetaan, nämä alueet pyrkivät orientoitumaan sitä pitkin. Ferrosähköisiä käytetään radiotekniikan laitteissa, kuten variconds - kondensaattoreita, joilla on muuttuva kapasitanssi.

Elektreetit

Eristeitä kutsutaan dielektreiksi, jotka voivat säilyttää polarisoidun tilan pitkään senkin jälkeen, kun polarisaation aiheuttanut ulkoinen sähköstaattinen kenttä on sammutettu. Aluksi dielektrisillä molekyyleillä on vakiodipolimomentit.

Mutta jos tällainen eriste sulatetaan ja sen sulaessa siihen kohdistetaan vahva pysyvä sähköstaattinen kenttä, merkittävä osa sulan aineen molekyyleistä orientoituu käytetyn kentän mukaan. Nyt sulaa ainetta on jäähdytettävä, kunnes se jähmettyy kokonaan , mutta sähköstaattisen kentän annetaan vaikuttaa, kunnes aine kovettuu. Kun sula aine on jäähtynyt kokonaan, kenttä voidaan sammuttaa.

Tämän toimenpiteen jälkeen jähmettyneessä aineessa olevien molekyylien pyöriminen tulee olemaan vaikeaa, mikä tarkoittaa, että molekyylit säilyttävät orientaationsa. Näin tehdään sähköasentajia, jotka pystyvät ylläpitämään polarisoitunutta tilaa muutamasta päivästä useisiin vuosiin. Japanilainen fyysikko Yoguchi valmisti ensimmäistä kertaa elektreetin (termoelektreetin) samalla tavalla karnaubavahasta ja hartsista, tämä tapahtui vuonna 1922.

Dielektrin jäännöspolarisaatio voidaan saada aikaan orientoimalla kvasidipoleja kiteissä siirtämällä varautuneita hiukkasia elektrodeille tai esimerkiksi ruiskuttamalla varautuneita hiukkasia elektrodeista tai elektrodien välisistä rakoista dielektriin polarisaation aikana. Varauksenkantoaineita voidaan viedä näytteeseen keinotekoisesti, esimerkiksi elektronisuihkusäteilytyksellä. Ajan myötä elektreetin polarisaatioaste laskee johtuen rentoutumisprosesseista ja varauksenkuljettajien liikkeestä elektreetin sisäisen sähkökentän vaikutuksesta.

Periaatteessa mikä tahansa eriste voidaan muuntaa elektreettitilaan. Vakaimmat elektreetit saadaan hartseista ja vahoista, polymeereistä ja epäorgaanisista eristeistä, joilla on monikiteinen tai yksikiteinen rakenne, laseista, seuloista jne.

Jotta dielektristä tulisi stabiili elektreetti, se on lämmitettävä sulamispisteeseen voimakkaassa sähköstaattisessa kentässä ja jäähdytettävä sitten kenttää sammuttamatta (tällaisia ​​elektreettejä kutsutaan termoelektreetteiksi).

Voit valaista näytettä vahvassa sähkökentässä, jolloin syntyy valosähköä. Tai säteilyttää radioaktiivisilla vaikutuksilla - radiosähköillä. Aseta se vain erittäin vahvaan sähköstaattiseen kenttään – saat sähköelektretin. Tai magneettikentässä - magnetoelektreetissä. Orgaanisen liuoksen jähmettyminen sähkökentässä on kryoelektreettistä.

Metanolielektreettejä saadaan polymeerin mekaanisella muodonmuutoksella. Kitkan kautta - tribosähkö. Koronaelektreetit ovat koronapurkauksen vaikutusalueella. Elektreetillä saavutettu stabiili pintavaraus on luokkaa 0,00000001 C/cm2.

Eri alkuperää olevia elektreettejä käytetään jatkuvan sähköstaattisen kentän lähteinä värähtelyantureissa, mikrofoneissa, signaaligeneraattoreissa, elektrometreissä, volttimittareissa jne. Ne toimivat täydellisesti herkkinä elementteinä annosmittareissa, muistilaitteissa. Tarkennuslaitteina kaasusuodattimissa, barometreissa ja kosteusmittareissa. Erityisesti valoelektreettejä käytetään sähkövalokuvauksessa.