العوازل ذات الخصائص الخاصة - الفيروكهربائية والكهرباء

العوازل بالمعنى المعتاد للكلمة هي مواد تكتسب لحظة كهربائية تحت تأثير مجال إلكتروستاتيكي خارجي. ومع ذلك ، من بين العوازل ، هناك تلك التي تظهر خصائص غير عادية تمامًا. تشمل هذه العوازل ذات الخصائص الخاصة المواد الفيروكهربائية والعوازل الكهربائية. سيتم مناقشة هذه بشكل أكبر.

الفيروكهرباء

تم اكتشاف الاستقطاب العفوي أو التلقائي للمادة لأول مرة في عام 1920 في بلورات ملح روشيل ولاحقًا في بلورات أخرى. ومع ذلك ، تكريما لملح روشيل ، أول عازل كهربائي مفتوح يعرض هذه الخاصية ، بدأت المجموعة الكاملة من هذه المواد تسمى ferroelectrics أو ferroelectrics. في 1930-1934 ، أجريت دراسة مفصلة عن الاستقطاب التلقائي للعوازل الكهربائية في قسم الفيزياء في لينينغراد تحت قيادة إيغور فاسيليفيتش كورتشاتوف.

اتضح أن جميع المواد الفيروكهربائية تظهر في البداية تباينًا واضحًا للخصائص الفيروكهربائية ، ويمكن ملاحظة الاستقطاب على طول أحد المحاور البلورية فقط.المواد العازلة الخواص لها نفس الاستقطاب لجميع جزيئاتها ، بينما بالنسبة للمواد متباينة الخواص ، تختلف نواقل الاستقطاب في اتجاهات مختلفة. حاليًا ، تم اكتشاف المئات من المواد الفيروكهربائية.

تتميز الفيروكهربائيات بالخصائص الخاصة التالية. ثابت العزل الكهربائي الخاص بهم في نطاق درجة حرارة معينة يتراوح من 1000 إلى 10000 ويتغير اعتمادًا على قوة المجال الكهروستاتيكي المطبق ويتغير أيضًا بشكل غير خطي. هذا هو مظهر من مظاهر ما يسمى ب التباطؤ العازل ، يمكنك حتى رسم منحنى الاستقطاب الخاص بمنحنى كهربي - منحنى التباطؤ.

يشبه منحنى التباطؤ للكهرباء الحديدية حلقة التباطؤ لمغناطيس حديدي في مجال مغناطيسي. توجد نقطة تشبع هنا ، ولكن يمكنك أيضًا أن ترى أنه حتى في حالة عدم وجود مجال كهربائي خارجي ، عندما تكون مساوية للصفر ، يتم ملاحظة بعض الاستقطاب المتبقي في البلورة لإزالة أي قوة قسرية موجهة بشكل معاكس يجب أن تكون تنطبق على العينة.

تتميز الكهرومغناطيسية أيضًا بنقطة كوري جوهرية ، أي درجة الحرارة التي يبدأ عندها الفيروكهربائي في فقد استقطابها المتبقي مع حدوث انتقال طور من الدرجة الثانية. بالنسبة لملح روشيل ، تتراوح درجة حرارة نقطة كوري بين +18 إلى +24 درجة مئوية.

سبب وجود الخصائص الفيروكهربائية في العازل الكهربائي هو الاستقطاب التلقائي الناتج عن التفاعل القوي بين جزيئات المادة. تسعى المادة جاهدة للحصول على الحد الأدنى من الطاقة الكامنة ، بينما نظرًا لوجود ما يسمى بالعيوب الهيكلية ، يتم تقسيم البلورة على أي حال إلى مناطق.

نتيجة لذلك ، في حالة عدم وجود مجال كهربائي خارجي ، يكون الزخم الكهربائي الكلي للبلورة صفراً ، وعندما يتم تطبيق مجال كهربائي خارجي ، تميل هذه المناطق إلى توجيه نفسها على طوله. تستخدم الفيروكهربائيات في أجهزة الهندسة الراديوية مثل المكثفات المتغيرة ذات السعة المتغيرة.

الكتريت

تسمى العوازل الكهربائية التي يمكنها الحفاظ على حالة الاستقطاب لفترة طويلة حتى بعد إيقاف تشغيل المجال الكهروستاتيكي الخارجي الذي تسبب في الاستقطاب. في البداية ، الجزيئات العازلة لها لحظات ثنائية القطب ثابتة.

ولكن إذا ذاب مثل هذا العازل الكهربائي ثم تم تطبيق مجال إلكتروستاتيكي قوي ودائم أثناء ذوبانه ، فسيتم توجيه جزء كبير من جزيئات المادة المنصهرة وفقًا للحقل المطبق. الآن يجب تبريد المادة المنصهرة حتى تصلب تمامًا ، ولكن يُسمح للمجال الكهروستاتيكي بالعمل حتى تصلب المادة. عندما تبرد المادة المنصهرة تمامًا ، يمكن إيقاف الحقل.

سيكون دوران الجزيئات في المادة المتصلبة بعد هذا الإجراء صعبًا ، مما يعني أن الجزيئات ستحتفظ بتوجيهها. هذه هي الطريقة التي يتم بها صنع كهربائيين ، قادرين على الحفاظ على حالة الاستقطاب من بضعة أيام إلى سنوات عديدة. لأول مرة تم صنع الكتريت (الكتريت الحراري) بطريقة مماثلة من شمع الكرنوبا والصنوبري بواسطة الفيزيائي الياباني يوغوتشي ، حدث هذا في عام 1922.

يمكن الحصول على الاستقطاب المتبقي للعزل الكهربائي عن طريق توجيه أشباه ثنائيات الأقطاب في البلورات عن طريق ترحيل الجسيمات المشحونة إلى الأقطاب الكهربائية أو ، على سبيل المثال ، عن طريق حقن الجسيمات المشحونة من الأقطاب الكهربائية أو من فجوات الأقطاب الكهربائية في العازل أثناء الاستقطاب. يمكن إدخال ناقلات الشحنة في العينة بشكل مصطنع ، على سبيل المثال عن طريق تشعيع الحزمة الإلكترونية. بمرور الوقت ، تنخفض درجة استقطاب الإلكتريت بسبب عمليات الاسترخاء وحركة ناقلات الشحنة تحت تأثير المجال الكهربائي الداخلي للكهرباء.

من حيث المبدأ ، يمكن تحويل أي عازل إلى حالة كهربائية. يتم الحصول على الكهرباء الأكثر ثباتًا من الراتنجات والشموع ، والبوليمرات والمواد العازلة غير العضوية ذات التركيب متعدد البلورات أو أحادي البلورية ، ومن الزجاج ، والمناخل ، وما إلى ذلك.

لجعل العازل كهربائيًا ثابتًا ، يجب تسخينه إلى نقطة الانصهار في مجال إلكتروستاتيكي قوي ثم تبريده دون إيقاف المجال (تسمى هذه الكهربية الكهربية الحرارية).

يمكنك إضاءة العينة في مجال كهربائي قوي ، وبالتالي إنتاج كهروضوئية. أو تشعيع بتأثيرات مشعة - الكهرباء الإشعاعية. فقط ضعه في مجال إلكتروستاتيكي قوي جدًا - ستحصل على كهربي. أو في مجال مغناطيسي - مغناطيسي كهربائي. تصلب محلول عضوي في مجال كهربائي هو cryoelectret.

يتم الحصول على إلكترونات الميثانول بالتشوه الميكانيكي للبوليمر. من خلال الاحتكاك - كهرباء الاحتكاك. الكترونيات كورونا في مجال عمل تفريغ الاكليل. تبلغ الشحنة السطحية المستقرة التي يتم تحقيقها على الإلكتريت 0.00000001 درجة مئوية / سم 2.

تُستخدم الإلكترونات ذات الأصول المختلفة كمصادر للحقل الكهروستاتيكي الثابت في مجسات الاهتزاز والميكروفونات ومولدات الإشارة وأجهزة القياس الكهربائية ومقاييس الفولتميتر ، إلخ. إنها تعمل تمامًا كعناصر حساسة في أجهزة قياس الجرعات وأجهزة الذاكرة. كأجهزة تركيز في فلاتر الغاز والبارومترات ومقاييس الرطوبة. على وجه الخصوص ، يتم استخدام الكهروضوئية في التصوير الكهربائي.