Eriomadustega dielektrikud — ferroelektrikud ja elektrikud

Dielektrikud selle sõna tavalises tähenduses on ained, mis omandavad elektrimomendi välise elektrostaatilise välja toimel. Dielektrikute hulgas on aga neid, millel on täiesti ebatavalised omadused. Nende eriomadustega dielektrikute hulka kuuluvad ferroelektrikud ja dielektrikud. Neid arutatakse edasi.

Ferroelektrikud

Aine spontaanne või spontaanne polariseerumine avastati esmakordselt 1920. aastal Rochelle'i soolakristallides ja hiljem ka teistes kristallides. Kuid Rochelle'i soola, esimese seda omadust omava avatud dielektriku auks, hakati kogu selliste ainete rühma nimetama ferroelektrikuteks või ferroelektrikuteks. Aastatel 1930-1934 viidi Leningradi füüsikaosakonnas Igor Vasiljevitš Kurtšatovi juhtimisel läbi üksikasjalik uuring dielektrikute spontaanse polarisatsiooni kohta.

Selgus, et kõik ferroelektrikud näitavad esialgu ferroelektriliste omaduste väljendunud anisotroopiat ja polarisatsiooni saab jälgida ainult ühel kristalliteljel.Isotroopsetel dielektrikutel on kõigi nende molekulide polarisatsioon sama, anisotroopsete ainete puhul on polarisatsioonivektorid eri suundades erinevad. Praegu on avastatud sadu ferroelektrikuid.

Ferroelektrikuid eristavad järgmised eriomadused. Nende dielektriline konstant e teatud temperatuurivahemikus on vahemikus 1000 kuni 10000 ja muutub sõltuvalt rakendatava elektrostaatilise välja tugevusest ning muutub ka mittelineaarselt. See on ilming nn Dielektriline hüsterees, saate isegi joonistada ferroelektri polarisatsioonikõvera – hüstereesikõvera.

Ferroelektriku hüstereesikõver on sarnane ferromagneti hüstereesi ahelaga magnetväljas. Siin on küllastuspunkt, kuid näete ka seda, et isegi välise elektrivälja puudumisel, kui see on võrdne nulliga, täheldatakse kristallis mõningast jääkpolarisatsiooni, mille kõrvaldamiseks peaks olema vastupidise suunaga sundjõud. rakendatakse proovile.

Ferroelektrikuid iseloomustab ka sisemine Curie punkt, st temperatuur, mille juures ferroelektrik hakkab kaotama oma jääkpolarisatsiooni, kui toimub teist järku faasisiire. Rochelle'i soola puhul on Curie punkti temperatuur vahemikus +18 kuni +24ºC.

Ferroelektriliste omaduste esinemise põhjuseks dielektrikus on spontaanne polarisatsioon, mis tuleneb aine osakeste tugevast vastasmõjust. Aine püüdleb minimaalse potentsiaalse energia poole, samas kui nn struktuursete defektide olemasolu tõttu jaguneb kristall niikuinii piirkondadeks.

Selle tulemusena on välise elektrivälja puudumisel kristalli kogu elektriline impulss null ja välise elektrivälja rakendamisel kipuvad need piirkonnad seda mööda orienteeruma. Ferroelektrikuid kasutatakse raadiotehnika seadmetes, nagu varikondid - muutuva mahtuvusega kondensaatorid.

Elektreedid

Dielektrikuid nimetatakse dielektrikuteks, mis suudavad säilitada polariseeritud olekut pikka aega ka pärast polarisatsiooni põhjustanud välise elektrostaatilise välja väljalülitamist. Esialgu on dielektrilistel molekulidel konstantsed dipoolmomendid.

Aga kui selline dielektrik sulatatakse ja seejärel rakendatakse selle sulamise ajal tugev püsiv elektrostaatiline väli, orienteerub oluline osa sulaaine molekulidest vastavalt rakendatavale väljale. Nüüd tuleb sulaainet jahutada, kuni see täielikult tahkub. , kuid elektrostaatilisel väljal lastakse mõjuda kuni aine kõvenemiseni. Kui sulanud aine on täielikult jahtunud, saab välja lülitada.

Pärast seda protseduuri tahkunud aines olevate molekulide pöörlemine on keeruline, mis tähendab, et molekulid säilitavad oma orientatsiooni. Nii valmivad elektrikud, mis suudavad säilitada polariseeritud olekut mõnest päevast mitme aastani. Esimest korda valmistas elektreedi (termoelektreet) sarnasel viisil karnaubavahast ja kampolist Jaapani füüsik Yoguchi, see juhtus 1922. aastal.

Dielektriku jääkpolarisatsiooni saab saavutada kvaasidipoolide orienteerimisel kristallides, migreerides laetud osakesi elektroodidele või näiteks süstides elektroodidelt või elektroodidevahelistest piludest laetud osakesi polarisatsiooni käigus dielektrikusse. Laengukandjaid saab proovi sisse viia kunstlikult, näiteks kiiritades elektronkiirega. Aja jooksul elektreedi polarisatsiooniaste väheneb relaksatsiooniprotsesside ja laengukandjate liikumise tõttu elektreedi sisemise elektrivälja mõjul.

Põhimõtteliselt saab iga dielektriku muuta elektreediolekusse. Kõige stabiilsemad elektreedid saadakse vaikudest ja vahadest, polükristalse või monokristallilise struktuuriga polümeeridest ja anorgaanilistest dielektrikutest, klaasidest, sõeltest jne.

Dielektriku stabiilseks elektreediks muutmiseks tuleb see kuumutada tugevas elektrostaatilises väljas sulamistemperatuurini ja seejärel jahutada välja ilma välja lülitamata (sellisi elektreete nimetatakse termoelektreeteks).

Saate valgustada näidist tugevas elektriväljas, tekitades nii fotoelektrit. Või kiiritada radioaktiivsete mõjudega — radioelektrikuga. Lihtsalt pange see väga tugevasse elektrostaatilisesse välja - saate elektroelektri. Või magnetväljas — magnetoelektreedis. Orgaanilise lahuse tahkumine elektriväljas on krüoelektreet.

Metanoolielektreedid saadakse polümeeri mehaanilisel deformatsioonil. Hõõrdumise kaudu - triboelektrikud. Koroonaelektreedid on koroonalahenduse toimeväljas. Elektreedil saavutatav stabiilne pinnalaeng on suurusjärgus 0,00000001 C/cm2.

Erineva päritoluga elektroete kasutatakse pideva elektrostaatilise välja allikana vibratsiooniandurites, mikrofonides, signaaligeneraatorites, elektromeetrites, voltmeetrites jne. Need toimivad suurepäraselt tundlike elementidena dosimeetrites, mäluseadmetes. Gaasifiltrite, baromeetrite ja hügromeetrite teravustamisseadmetena. Eelkõige kasutatakse fotoelektreete elektrofotograafias.