Пироэлектричество — явление возникновения электрического поля в кристаллах при изменении их температуры , например: при нагревании , трении , облучении или даже примитивном натирании.

Пироэлектрики

Явление

Пироэлектрики — кристаллические диэлектрики , обладающие самопроизвольной (спонтанной) поляризацией в отсутствие внешних воздействий ^{[ прояснить ]} . Обычно спонтанная поляризация незаметна, так как электрическое поле, создаваемое ею, компенсируется полем свободных электрических зарядов , которые «натекают» на поверхность пироэлектрика из его внутреннего объёма и из окружающего воздуха . При изменении температуры величина спонтанной поляризации изменяется, что вызывает появление электрического поля, которое можно наблюдать до его компенсации свободными зарядами.

Исторический очерк

По одной из легенд, первое упоминание о пироэлектрическом эффекте содержится в записках Теофраста , ^{[ источник не указан 3553 дня ]} датированных 314 г. до н. э. , который заметил, что нагретые кристаллы турмалина притягивают к себе соломинки и частички пепла. Пироэлектрические свойства турмалина были открыты вновь в 1707 году Иоганном Георгом Шмидтом.

Согласно другой версии, пироэлектрический эффект ещё в начале VI века до н. э. открыл древнегреческий философ Фалес Милетский . Он много путешествовал по странам Востока, внимательно собирал и записывал наблюдения в области минералогии и астрономии . Считается, что именно он впервые в научном аспекте истолковал способность янтаря притягивать птичий пух или соломинки после натирания (эффект электризации трением). Достоверный рассказ об этом физическом явлении впервые документирован в основополагающем диалоге « Тимей » другого древнегреческого философа — Платона . ^:194-195 Позднее о подобных свойствах кристаллов граната написал Аль-Бируни в своём фундаментальном труде «Минералогия», и даже привёл строки из любовного стихотворения, посвящённого пироэлектрическому эффекту:

Связь явления пироэлектричества с другими электрическими явлениями в кристаллах была доказана и дополнительно развита Францем Эпинусом и Йоханом Вильке в 1757 году . Повторно исследовав образцы драгоценного турмалина , они подробно описали пироэлектрический эффект, впервые объяснив возникающее явление поляризации . Спустя 127 лет научное сообщество было удивлено необычайно наглядным и эффектным опытом немецкого учёного Августа Кундта , развившего исследования предшественников. Разогрев кристалл турмалина, он опылил его смесью двух мелкодисперсных порошков: серы и сурика , предварительно пропустив их через шёлковое сито. В процессе просеивания (трения) о шёлк ярко-жёлтые частицы серы заряжались отрицательно, а красно-оранжевые частицы сурика, напротив, положительно. В результате этой несложной демонстрации всем присутствующим стало видно, что один конец турмалина окрасился в жёлтый цвет, а другой стал — красным. Затем Август Кундт поразил своих учёных зрителей тем, что при охлаждении кристалла турмалина полюса поменялись, и соответственно, в строго обратном порядке поменялись и цвета́. ^:195

При изменении температуры на один кельвин в кристаллах самоцветного турмалина возникает электрическое поле напряжённостью ~ 400 Вольт на сантиметр. Как и все пироэлектрики, турмалин является также и пьезоэлектриком . Правда, это правило не имеет обратной силы. Далеко не все пьезоэлектрики имеют пироэлектрические свойства. ^:195

Физические свойства

Изменение спонтанной поляризации и появление электрического поля в пироэлектриках может происходить не только при изменении температуры, но и при механической деформации. Поэтому все пироэлектрики являются пьезоэлектриками , но не наоборот. Существование спонтанной поляризации, другими словами несовпадение центров кристаллизации положительных и отрицательных зарядов обусловлено достаточно низкой симметрией кристаллов ^{[ прояснить ]} .

Источники

См. также

• Сегнетоэлектрики
• Пьезоэффект
• Кристалл

Литература

• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М. : Наука , 1977. — Т. III. Электричество. — С. 160—162. — 688 с.