Dielektrika so špeciálnymi vlastnosťami — feroelektrika a elektrika

Dielektriká v obvyklom zmysle slova sú látky, ktoré pôsobením vonkajšieho elektrostatického poľa získavajú elektrický moment. Medzi dielektrikami sú však také, ktoré vykazujú úplne nezvyčajné vlastnosti. Medzi tieto dielektriká so špeciálnymi vlastnosťami patria feroelektriká a dielektriká. O nich sa bude diskutovať ďalej.

Feroelektrika

Spontánna alebo spontánna polarizácia hmoty bola prvýkrát objavená v roku 1920 v kryštáloch soli Rochelle a neskôr v iných kryštáloch. Avšak na počesť Rochellovej soli, prvého otvoreného dielektrika vykazujúceho túto vlastnosť, sa celá skupina takýchto látok začala nazývať feroelektriká alebo feroelektriká. V rokoch 1930-1934 sa na Leningradskom fyzikálnom oddelení pod vedením Igora Vasilieviča Kurčatova uskutočnila podrobná štúdia spontánnej polarizácie dielektrík.

Ukázalo sa, že všetky feroelektriká spočiatku vykazujú výraznú anizotropiu feroelektrických vlastností a polarizáciu možno pozorovať iba pozdĺž jednej z kryštálových osí.Izotropné dielektriká majú rovnakú polarizáciu pre všetky svoje molekuly, zatiaľ čo pre anizotropné látky sú polarizačné vektory rôzne v rôznych smeroch. V súčasnosti boli objavené stovky feroelektrík.

Feroelektrika sa vyznačujú nasledujúcimi špeciálnymi vlastnosťami. Ich dielektrická konštanta e v určitom teplotnom rozsahu je v rozmedzí 1000 až 10000 a mení sa v závislosti od sily pôsobiaceho elektrostatického poľa a mení sa aj nelineárne. Ide o prejav tzv Dielektrická hysterézia, môžete dokonca vykresliť polarizačnú krivku feroelektrika - hysteréznu krivku.

Hysterézna krivka feroelektrika je podobná hysteréznej slučke pre feromagnet v magnetickom poli. Je tu bod nasýtenia, ale môžete tiež vidieť, že aj pri absencii vonkajšieho elektrického poľa, keď sa rovná nule, je v kryštáli pozorovaná určitá zvyšková polarizácia, aby sa eliminovala opačne orientovaná donucovacia sila. aplikovaný na vzorku.

Feroelektriká sú tiež charakterizované vlastným Curieovým bodom, to znamená teplotou, pri ktorej feroelektrikum začína strácať svoju zvyškovú polarizáciu, keď dochádza k fázovému prechodu druhého rádu. Pre soľ Rochelle je teplota Curieho bodu v rozmedzí od +18 do +24ºC.

Dôvodom prítomnosti feroelektrických vlastností v dielektriku je spontánna polarizácia vyplývajúca zo silnej interakcie medzi časticami látky. Látka sa snaží o minimum potenciálnej energie, zatiaľ čo kvôli prítomnosti takzvaných štruktúrnych defektov je kryštál aj tak rozdelený na oblasti.

Výsledkom je, že keď neexistuje žiadne vonkajšie elektrické pole, celková elektrická hybnosť kryštálu je nulová a keď sa aplikuje vonkajšie elektrické pole, tieto oblasti majú tendenciu orientovať sa pozdĺž neho. Feroelektrika sa používa v rádiotechnických zariadeniach, ako sú varikondy - kondenzátory s premenlivou kapacitou.

Elektrety

Dielektriká sa nazývajú dielektriká, ktoré dokážu udržať polarizovaný stav po dlhú dobu aj po vypnutí vonkajšieho elektrostatického poľa, ktoré spôsobilo polarizáciu. Spočiatku majú dielektrické molekuly konštantné dipólové momenty.

Ale ak sa takéto dielektrikum roztaví a potom sa pri tavení aplikuje silné permanentné elektrostatické pole, značná časť molekúl roztavenej látky bude orientovaná podľa aplikovaného poľa. Teraz musí byť roztavená látka ochladzovaná, kým úplne nestuhne , ale elektrostatické pole sa nechá pôsobiť, kým látka nevytvrdne. Po úplnom ochladení roztavenej látky je možné pole vypnúť.

Rotácia molekúl v látke stuhnutej po tomto postupe bude ťažká, čo znamená, že molekuly si zachovajú svoju orientáciu. Takto sa vyrábajú elektrikári, ktorí sú schopní udržať polarizovaný stav od niekoľkých dní až po mnoho rokov. Prvýkrát elektret (termoelektret) vyrobil podobným spôsobom z karnaubského vosku a kolofónie japonský fyzik Yoguchi, stalo sa tak v roku 1922.

Zvyškovú polarizáciu dielektrika možno dosiahnuť orientáciou kvázi-dipólov v kryštáloch migráciou nabitých častíc k elektródam alebo napríklad vstrekovaním nabitých častíc z elektród alebo z medzielektródových medzier do dielektrika počas polarizácie. Nosiče náboja možno do vzorky zaviesť umelo, napríklad ožiarením elektrónovým lúčom. Postupom času sa stupeň polarizácie elektretu znižuje v dôsledku relaxačných procesov a pohybu nosičov náboja pod vplyvom vnútorného elektrického poľa elektretu.

V zásade môže byť každé dielektrikum prevedené do elektretového stavu. Najstabilnejšie elektrety sa získavajú zo živíc a voskov, z polymérov a anorganických dielektrík s polykryštalickou alebo monokryštalickou štruktúrou, zo skiel, sít a pod.

Aby sa z dielektrika stal stabilný elektret, musí sa zahriať na teplotu topenia v silnom elektrostatickom poli a potom ochladiť bez vypnutia poľa (takéto elektrety sa nazývajú termoelektrety).

Vzorku môžete osvetliť v silnom elektrickom poli, čím vytvoríte fotoelektriku. Alebo ožarovať rádioaktívnymi účinkami — rádioelektrikami. Stačí ho umiestniť do veľmi silného elektrostatického poľa – získate elektrolekt. Alebo v magnetickom poli - magnetoelektret. Tuhnutie organického roztoku v elektrickom poli je kryoelektret.

Metanolové elektrety sa získavajú mechanickou deformáciou polyméru. Prostredníctvom trenia - triboelektrika. V poli pôsobenia korónového výboja sú korónové elektrety. Stabilný povrchový náboj dosiahnutý na elektrete je rádovo 0,00000001 C/cm2.

Elektrety rôzneho pôvodu sa používajú ako zdroje konštantného elektrostatického poľa v snímačoch vibrácií, mikrofónoch, generátoroch signálov, elektrometroch, voltmetroch atď. Perfektne slúžia ako citlivé prvky v dozimetroch, pamäťových zariadeniach. Ako zaostrovacie zariadenia v plynových filtroch, barometroch a vlhkomeroch. Najmä fotoelektrety sa používajú v elektrofotografii.