Điện môi có tính chất đặc biệt - sắt điện và điện

Chất điện môi theo nghĩa thông thường của từ này là các chất thu được mô men điện dưới tác dụng của trường tĩnh điện bên ngoài. Tuy nhiên, trong số các chất điện môi, có những chất thể hiện những tính chất hoàn toàn khác thường. Những chất điện môi có tính chất đặc biệt này bao gồm chất sắt điện và chất điện môi. Những điều này sẽ được thảo luận thêm.

sắt điện

Sự phân cực tự phát hay tự phát của vật chất lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1920 trong các tinh thể muối Rochelle và sau đó là các tinh thể khác. Tuy nhiên, để vinh danh muối Rochelle, chất điện môi hở đầu tiên thể hiện tính chất này, toàn bộ nhóm các chất như vậy bắt đầu được gọi là chất sắt điện hoặc chất sắt điện. Năm 1930-1934, một nghiên cứu chi tiết về sự phân cực tự phát của chất điện môi đã được tiến hành tại Khoa Vật lý Leningrad dưới sự lãnh đạo của Igor Vasilievich Kurchatov.

Hóa ra là tất cả các chất sắt điện ban đầu đều thể hiện tính dị hướng rõ rệt của các tính chất sắt điện, và sự phân cực chỉ có thể được quan sát dọc theo một trong các trục tinh thể.Các chất điện môi đẳng hướng có cùng sự phân cực cho tất cả các phân tử của chúng, trong khi đối với các chất dị hướng, các vectơ phân cực khác nhau theo các hướng khác nhau. Hiện nay, hàng trăm chất sắt điện đã được phát hiện.

Sắt điện được phân biệt bởi các tính chất đặc biệt sau đây. Hằng số điện môi e của chúng trong một khoảng nhiệt độ nhất định nằm trong khoảng 1000 đến 10000 và thay đổi tùy theo cường độ trường tĩnh điện đặt vào và cũng thay đổi phi tuyến tính. Đây là biểu hiện của cái gọi là độ trễ điện môi, thậm chí bạn có thể vẽ đồ thị đường cong phân cực của sắt điện—đường cong độ trễ.

Đường cong trễ của sắt điện tương tự như vòng trễ của sắt từ trong từ trường. Có một điểm bão hòa ở đây, nhưng bạn cũng có thể thấy rằng ngay cả khi không có điện trường bên ngoài, khi nó bằng 0, một số phân cực dư được quan sát thấy trong tinh thể để loại bỏ lực cưỡng bức ngược hướng. áp dụng cho mẫu.

Sắt điện cũng được đặc trưng bởi một điểm Curie nội tại, tức là nhiệt độ mà tại đó sắt điện bắt đầu mất đi sự phân cực dư của nó khi xảy ra quá trình chuyển pha bậc hai. Đối với muối Rochelle, nhiệt độ điểm Curie nằm trong khoảng +18 đến +24ºC.

Lý do cho sự hiện diện của các tính chất sắt điện trong chất điện môi là sự phân cực tự phát do tương tác mạnh giữa các hạt của chất đó. Chất này cố gắng đạt được năng lượng tiềm năng tối thiểu, trong khi do sự hiện diện của cái gọi là khuyết tật cấu trúc, tinh thể vẫn được chia thành các vùng.

Kết quả là khi không có điện trường ngoài, tổng động lượng điện của tinh thể bằng không, và khi có điện trường ngoài tác dụng, các vùng này có xu hướng tự định hướng dọc theo nó. Sắt điện được sử dụng trong các thiết bị kỹ thuật vô tuyến như varicond - tụ điện có điện dung thay đổi.

điện tử

Chất điện môi được gọi là chất điện môi có thể duy trì trạng thái phân cực trong một thời gian dài ngay cả sau khi trường tĩnh điện bên ngoài gây ra sự phân cực bị tắt. Ban đầu, các phân tử điện môi có momen lưỡng cực không đổi.

Nhưng nếu một chất điện môi như vậy bị nóng chảy và sau đó một trường tĩnh điện vĩnh cửu mạnh được áp dụng trong khi nó nóng chảy, thì một phần đáng kể các phân tử của chất nóng chảy sẽ được định hướng theo trường áp dụng. , nhưng trường tĩnh điện được phép hoạt động cho đến khi chất này cứng lại. Khi chất nóng chảy đã nguội hoàn toàn, trường có thể được tắt.

Sự quay của các phân tử trong chất được đông đặc sau quy trình này sẽ khó khăn, điều đó có nghĩa là các phân tử sẽ giữ nguyên hướng của chúng. Đây là cách các thợ điện được tạo ra, có khả năng duy trì trạng thái phân cực từ vài ngày đến nhiều năm. Lần đầu tiên Electret (thermoelectret) được chế tạo theo cách tương tự từ sáp carnauba và nhựa thông bởi nhà vật lý người Nhật Bản Yoguchi, điều này xảy ra vào năm 1922.

Sự phân cực dư của chất điện môi có thể thu được bằng cách định hướng các bán lưỡng cực trong tinh thể bằng cách di chuyển các hạt tích điện đến các điện cực hoặc, ví dụ, bằng cách bơm các hạt tích điện từ các điện cực hoặc từ các khoảng trống giữa các điện cực vào chất điện môi trong quá trình phân cực. Các hạt mang điện có thể được đưa vào mẫu một cách nhân tạo, ví dụ bằng chiếu xạ chùm điện tử. Theo thời gian, mức độ phân cực của electret giảm do quá trình thư giãn và chuyển động của các hạt mang điện dưới tác động của điện trường bên trong của electret.

Về nguyên tắc, bất kỳ chất điện môi nào cũng có thể chuyển sang trạng thái điện môi. Các chất điện phân ổn định nhất thu được từ nhựa và sáp, từ polyme và chất điện môi vô cơ có cấu trúc đa tinh thể hoặc đơn tinh thể, từ thủy tinh, rây, v.v.

Để làm cho chất điện môi trở thành một chất điện môi ổn định, nó phải được nung nóng đến điểm nóng chảy trong trường tĩnh điện mạnh và sau đó được làm lạnh mà không làm tắt trường (những chất điện môi như vậy được gọi là chất điện môi nhiệt điện).

Bạn có thể chiếu sáng mẫu trong điện trường mạnh, do đó tạo ra quang điện. Hoặc chiếu xạ bằng hiệu ứng phóng xạ - điện phóng xạ. Chỉ cần đặt nó trong một trường tĩnh điện rất mạnh - bạn sẽ có được một thanh điện. Hoặc trong một từ trường - một nam châm điện từ. Sự hóa rắn của dung dịch hữu cơ trong điện trường là điện cực lạnh.

Các điện cực metanol thu được bằng cách biến dạng cơ học của polyme. Thông qua ma sát - ma sát. Điện cực quang nằm trong lĩnh vực hoạt động của phóng điện hào quang. Điện tích bề mặt ổn định đạt được trên electret là 0,00000001 C/cm2.

Các điện cực có nguồn gốc khác nhau được sử dụng làm nguồn trường tĩnh điện không đổi trong cảm biến rung, micrô, bộ tạo tín hiệu, điện kế, vôn kế, v.v. Chúng phục vụ hoàn hảo như các yếu tố nhạy cảm trong liều kế, thiết bị bộ nhớ. Là thiết bị tập trung trong các bộ lọc khí, khí áp kế và ẩm kế. Đặc biệt, quang điện tử được sử dụng trong chụp ảnh điện.