Dielèctrics amb propietats especials: ferroelèctrics i elèctrics

Els dielèctrics en el sentit habitual de la paraula són substàncies que adquireixen un moment elèctric sota l'acció d'un camp electrostàtic extern. Entre els dielèctrics, però, n'hi ha que presenten propietats completament inusuals. Aquests dielèctrics amb propietats especials inclouen ferroelèctrics i dielèctrics. Aquests es parlaran més endavant.

Ferroelèctrics

La polarització espontània o espontània de la matèria es va descobrir per primera vegada l'any 1920 en cristalls de sal de Rochelle i més tard en altres cristalls. Tanmateix, en honor a la sal de Rochelle, el primer dielèctric obert que presentava aquesta propietat, tot el grup d'aquestes substàncies va començar a anomenar-se ferroelèctrics o ferroelèctrics. El 1930-1934, es va realitzar un estudi detallat de la polarització espontània dels dielèctrics al Departament de Física de Leningrad sota el lideratge d'Igor Vasilievich Kurchatov.

Va resultar que tots els ferroelèctrics demostren inicialment una anisotropia pronunciada de les propietats ferroelèctriques i la polarització només es pot observar al llarg d'un dels eixos del cristall.Els dielèctrics isotròpics tenen la mateixa polarització per a totes les seves molècules, mentre que per a les substàncies anisòtropes, els vectors de polarització són diferents en diferents direccions. Actualment, s'han descobert centenars de ferroelèctrics.

Els ferroelèctrics es distingeixen per les següents propietats especials. La seva constant dielèctrica e en un determinat interval de temperatura es troba en el rang de 1000 a 10000 i canvia en funció de la intensitat del camp electrostàtic aplicat i també canvia de manera no lineal. Aquesta és una manifestació de l'anomenat Histèresi dielèctrica, fins i tot podeu traçar la corba de polarització d'un ferroelèctric: una corba d'histèresi.

La corba d'histèresi d'un ferroelèctric és similar a un bucle d'histèresi d'un ferroimant en un camp magnètic. Aquí hi ha un punt de saturació, però també es pot veure que fins i tot en absència d'un camp elèctric extern, quan és igual a zero, s'observa certa polarització residual al cristall per eliminar la qual hauria de ser una força coercitiva de direcció oposada. aplicat a la mostra.

Els ferroelèctrics també es caracteritzen per un punt de Curie intrínsec, és a dir, la temperatura a la qual el ferroelèctric comença a perdre la seva polarització residual quan es produeix una transició de fase de segon ordre. Per a la sal de Rochelle, la temperatura del punt Curie està entre +18 i +24ºC.

La raó de la presència de propietats ferroelèctriques en un dielèctric és la polarització espontània resultant de la forta interacció entre les partícules de la substància. La substància busca un mínim d'energia potencial, mentre que a causa de la presència dels anomenats defectes estructurals, el cristall es divideix de totes maneres en regions.

Com a resultat, quan no hi ha camp elèctric extern, el moment elèctric total del cristall és zero, i quan s'aplica un camp elèctric extern, aquestes regions tendeixen a orientar-se al llarg d'ell. Els ferroelèctrics s'utilitzen en dispositius d'enginyeria de ràdio com els variconds: condensadors amb capacitat variable.

Electrets

Els dielèctrics s'anomenen dielèctrics que poden mantenir un estat polaritzat durant molt de temps fins i tot després que s'apaga el camp electrostàtic extern que va provocar la polarització. Inicialment, les molècules dielèctriques tenen moments dipolars constants.

Però si aquest dielèctric es fon i després s'aplica un fort camp electrostàtic permanent mentre es fon, una part important de les molècules de la substància fosa s'orientarà segons el camp aplicat.Ara s'ha de refredar la substància fosa fins que es solidifiqui completament. , però es deixa actuar el camp electrostàtic fins que la substància s'endureixi. Quan la substància fosa s'ha refredat completament, el camp es pot apagar.

La rotació de les molècules de la substància solidificada després d'aquest procediment serà difícil, la qual cosa significa que les molècules mantindran la seva orientació. Així es fan els electricistes, capaços de mantenir un estat polaritzat d'uns dies a molts anys. Per primera vegada, el físic japonès Yoguchi va fer electret (termoelectret) de manera similar a partir de cera de carnauba i colofonia, això va passar el 1922.

La polarització residual del dielèctric es pot obtenir orientant quasi-dipols en cristalls migrant partícules carregades als elèctrodes o, per exemple, injectant partícules carregades dels elèctrodes o dels buits entre elèctrodes al dielèctric durant la polarització. Els portadors de càrrega es poden introduir a la mostra de manera artificial, per exemple per irradiació de feix d'electrons. Amb el temps, el grau de polarització de l'electret disminueix a causa dels processos de relaxació i el moviment dels portadors de càrrega sota la influència del camp elèctric intern de l'electret.

En principi, qualsevol dielèctric es pot convertir en un estat electret. Els electrets més estables s'obtenen a partir de resines i ceres, de polímers i dielèctrics inorgànics d'estructura policristalina o monocristal·lina, de vidres, garbells, etc.

Perquè un dielèctric sigui un electret estable, cal escalfar-lo fins al punt de fusió en un camp electrostàtic fort i després refredar-lo sense apagar el camp (aquests electrets s'anomenen termoelectrets).

Podeu il·luminar la mostra en un camp elèctric fort, produint així fotoelèctrics. O irradiar amb efectes radioactius: radioelèctrics. Només poseu-lo en un camp electrostàtic molt fort: obteniu un electrolectret. O en un camp magnètic: un magnetoelectret. La solidificació d'una solució orgànica en un camp elèctric és crioelectret.

Els electrets de metanol s'obtenen per deformació mecànica del polímer. Mitjançant la fricció - triboelèctrics. Els electrets de corona es troben en el camp d'acció de la descàrrega de corona. Una càrrega superficial estable aconseguida a l'electret és de l'ordre de 0,00000001 C/cm2.

Els electrets de diversos orígens s'utilitzen com a fonts de camp electrostàtic constant en sensors de vibració, micròfons, generadors de senyals, electròmetres, voltímetres, etc. Serveixen perfectament com a elements sensibles en dosímetres, dispositius de memòria. Com a dispositius d'enfocament en filtres de gas, baròmetres i higròmetres. En particular, els fotoelectrets s'utilitzen en electrofotografia.