דיאלקטריות עם תכונות מיוחדות - פרואלקטריות וחשמליות
דיאלקטריים במובן הרגיל של המילה הם חומרים הרוכשים מומנט חשמלי בפעולת שדה אלקטרוסטטי חיצוני. בין הדיאלקטריות, לעומת זאת, יש כאלה שמציגים תכונות יוצאות דופן לחלוטין. דיאלקטריות אלה עם תכונות מיוחדות כוללות פרואלקטריות ודיאלקטריות. אלה יידונו בהמשך.
פרואלקטריק
קיטוב ספונטני או ספונטני של החומר התגלה לראשונה בשנת 1920 בגבישי מלח של רושל ואחר כך בגבישים אחרים. עם זאת, לכבוד מלח רושל, הדיאלקטרי הפתוח הראשון המציג תכונה זו, כל קבוצת החומרים הללו החלה להיקרא פרואלקטריים או פרואלקטריים. בשנים 1930-1934 נערך מחקר מפורט של הקיטוב הספונטני של דיאלקטריות במחלקה לפיזיקה של לנינגרד בהנהגתו של איגור ואסילביץ' קורצ'טוב.
התברר שכל הפרו-אלקטריות מדגימות בתחילה אנזוטרופיה בולטת של תכונות פרו-אלקטריות, וניתן להבחין בקיטוב רק באחד מצירי הגביש.לדיאלקטריים איזוטריים יש את אותו הקיטוב לכל המולקולות שלהם, בעוד שלחומרים אנזוטרופיים, וקטורי הקיטוב שונים בכיוונים שונים. נכון לעכשיו, מאות פרואלקטריים התגלו.
פרואלקטריקים נבדלים על ידי המאפיינים המיוחדים הבאים. הקבוע הדיאלקטרי שלהם e בטווח טמפרטורות מסוים הוא בטווח של 1000 עד 10000 ומשתנה בהתאם לחוזק השדה האלקטרוסטטי המופעל וגם משתנה בצורה לא ליניארית. זהו ביטוי של מה שנקרא היסטרזיס דיאלקטרי, אתה אפילו יכול לשרטט את עקומת הקיטוב של פרואלקטרי - עקומת היסטרזיס.
עקומת ההיסטרזיס של פרואלקטרי דומה ללולאת היסטרזה עבור פרומגנט בשדה מגנטי. יש כאן נקודת רוויה, אבל אתה יכול גם לראות שגם בהיעדר שדה חשמלי חיצוני, כאשר הוא שווה לאפס, נצפה קיטוב שיורי כלשהו בגביש כדי לבטל אותו שכוח כפייה מכוון הפוך צריך להיות מוחל על המדגם.
הפרו-אלקטריים מאופיינים גם בנקודת Curie מהותית, כלומר, הטמפרטורה שבה הפרו-אלקטריק מתחיל לאבד את הקיטוב השיורי שלו כאשר מתרחש מעבר פאזה מסדר שני. עבור מלח רושל, טמפרטורת נקודת הקורי היא בטווח של +18 עד +24 מעלות צלזיוס.
הסיבה לנוכחותן של תכונות פרו-אלקטריות בדיאלקטרי היא קיטוב ספונטני הנובע מהאינטראקציה החזקה בין חלקיקי החומר. החומר שואף למינימום אנרגיה פוטנציאלית, בעוד שבגלל נוכחותם של מה שנקרא פגמים מבניים, הקריסטל ממילא מחולק לאזורים.
כתוצאה מכך, כאשר אין שדה חשמלי חיצוני, התנע החשמלי הכולל של הגביש הוא אפס, וכאשר מופעל שדה חשמלי חיצוני, אזורים אלו נוטים להתמצא לאורכו. פרו-אלקטריות משמשות בהתקני הנדסת רדיו כגון וריקונדים - קבלים בעלי קיבול משתנה.
חשמליות
דיאלקטריות נקראות דיאלקטריות שיכולות לשמור על מצב מקוטב לאורך זמן גם לאחר כיבוי השדה האלקטרוסטטי החיצוני שגרם לקיטוב. בתחילה, למולקולות דיאלקטריות יש מומנטים דיפוליים קבועים.
אבל אם דיאלקטרי כזה מותך ואז מופעל שדה אלקטרוסטטי קבוע חזק בזמן שהוא נמס, חלק ניכר מהמולקולות של החומר המותך יכוונו בהתאם לשדה המיושם. כעת יש לקרר את החומר המותך עד שהוא יתמצק לחלוטין , אך מותר לשדה האלקטרוסטטי לפעול עד שהחומר מתקשה. כאשר החומר המותך התקרר לחלוטין, ניתן לכבות את השדה.
סיבוב המולקולות בחומר שהתמצק לאחר הליך זה יהיה קשה, מה שאומר שהמולקולות ישמרו על הכיוון שלהן. כך נוצרים חשמלאים המסוגלים לשמור על מצב מקוטב מכמה ימים ועד שנים רבות. בפעם הראשונה האלקטרט (תרמואלקטרט) נוצר בצורה דומה משעוות קרנובה ורוזין על ידי הפיזיקאי היפני יוגוצ'י, זה קרה ב-1922.
ניתן להשיג קיטוב שיורי של הדיאלקטרי על ידי כיוון קוואזי-דיפולים בגבישים על ידי נדידת חלקיקים טעונים אל האלקטרודות או, למשל, על ידי הזרקת חלקיקים טעונים מאלקטרודות או מפערים בין אלקטרודים לתוך הדיאלקטרי במהלך הקיטוב. ניתן להחדיר נושאי מטען לדגימה באופן מלאכותי, למשל על ידי הקרנת קרן אלקטרונים. עם הזמן, מידת הקיטוב של החשמלית פוחתת עקב תהליכי הרפיה ותנועת נושאי מטען בהשפעת השדה החשמלי הפנימי של החשמלית.
באופן עקרוני, ניתן להמיר כל דיאלקטרי למצב חשמלי. האלקטרטים היציבים ביותר מתקבלים משרף ושעווה, מפולימרים ודיאלקטריים אנאורגניים בעלי מבנה רב-גבישי או חד-גבישי, מכוסות, מסננות וכו'.
כדי להפוך דיאלקטרי לחשמל יציב, יש לחמם אותו לנקודת ההיתוך בשדה אלקטרוסטטי חזק ולאחר מכן לקרר מבלי לכבות את השדה (אלקטרטים כאלה נקראים תרמו-אלקטרטים).
ניתן להאיר את המדגם בשדה חשמלי חזק, וכך לייצר פוטואלקטרי. או להקרין עם השפעות רדיואקטיביות - רדיו-חשמל. פשוט שים אותו בשדה אלקטרוסטטי חזק מאוד - אתה מקבל אלקטרואלקטרט. או בשדה מגנטי - מגנואלקטרט. ההתמצקות של תמיסה אורגנית בשדה חשמלי היא קריו-אלקטרט.
אלקטרטים של מתנול מתקבלים על ידי עיוות מכני של הפולימר. באמצעות חיכוך - triboelectrics. חשמליות קורונה נמצאים בתחום הפעולה של פריקת הקורונה. מטען משטח יציב שהושג על החשמלית הוא בסדר גודל של 0.00000001 C/cm2.
אלקטרונים ממקורות שונים משמשים כמקורות לשדה אלקטרוסטטי קבוע בחיישני רעידות, מיקרופונים, מחוללי אותות, אלקטרומטרים, מדי מתח וכו'. הם משמשים בצורה מושלמת כאלמנטים רגישים בדוסימטרים, התקני זיכרון. כמכשירי מיקוד במסנני גז, ברומטרים ומדי לחות. בפרט, פוטואלקטרטים משמשים באלקטרופוטוגרפיה.