Dielektrik dengan sifat khusus — feroelektrik dan listrik

Dielektrik dalam arti kata yang biasa adalah zat yang memperoleh momen listrik di bawah aksi medan elektrostatik eksternal. Di antara dielektrik, bagaimanapun, ada yang menunjukkan sifat yang sama sekali tidak biasa. Dielektrik dengan sifat khusus ini termasuk feroelektrik dan dielektrik. Ini akan dibahas lebih lanjut.

Feroelektrik

Polarisasi materi secara spontan atau spontan pertama kali ditemukan pada tahun 1920 di kristal garam Rochelle dan kemudian di kristal lainnya. Namun, untuk menghormati garam Rochelle, dielektrik terbuka pertama yang menunjukkan sifat ini, seluruh kelompok zat tersebut mulai disebut feroelektrik atau feroelektrik. Pada 1930-1934, studi terperinci tentang polarisasi spontan dielektrik dilakukan di Departemen Fisika Leningrad di bawah kepemimpinan Igor Vasilievich Kurchatov.

Ternyata semua feroelektrik pada awalnya menunjukkan anisotropi yang jelas dari sifat feroelektrik, dan polarisasi hanya dapat diamati di sepanjang salah satu sumbu kristal.Dielektrik isotropik memiliki polarisasi yang sama untuk semua molekulnya, sedangkan untuk zat anisotropik, vektor polarisasi berbeda dalam arah yang berbeda. Saat ini, ratusan feroelektrik telah ditemukan.

Feroelektrik dibedakan oleh sifat-sifat khusus berikut. Konstanta dielektriknya e dalam rentang suhu tertentu berada dalam kisaran 1000 hingga 10000 dan berubah tergantung pada kekuatan medan elektrostatik yang diterapkan dan juga berubah secara non-linier. Ini adalah manifestasi dari apa yang disebut Histeresis dielektrik, Anda bahkan dapat memplot kurva polarisasi feroelektrik—kurva histeresis.

Kurva histeresis feroelektrik mirip dengan loop histeresis untuk feromagnet dalam medan magnet. Ada titik jenuh di sini, tetapi Anda juga dapat melihat bahwa bahkan dengan tidak adanya medan listrik eksternal, ketika sama dengan nol, beberapa polarisasi sisa diamati dalam kristal untuk menghilangkan gaya koersif yang diarahkan berlawanan. diterapkan pada sampel.

Feroelektrik juga dicirikan oleh titik Curie intrinsik, yaitu suhu di mana feroelektrik mulai kehilangan polarisasi sisa saat transisi fase orde kedua terjadi. Untuk garam Rochelle, suhu titik Curie berkisar antara +18 hingga +24ºC.

Alasan adanya sifat feroelektrik dalam dielektrik adalah polarisasi spontan yang dihasilkan dari interaksi yang kuat antara partikel-partikel zat tersebut. Substansi berjuang untuk energi potensial minimum, sedangkan karena adanya apa yang disebut cacat struktural, kristal tetap terbagi menjadi beberapa daerah.

Akibatnya, ketika tidak ada medan listrik eksternal, momentum listrik total kristal adalah nol, dan ketika medan listrik eksternal diterapkan, daerah ini cenderung menyesuaikan diri dengannya. Feroelektrik digunakan dalam perangkat rekayasa radio seperti variconds — kapasitor dengan kapasitansi variabel.

Listrik

Dielektrik disebut dielektrik yang dapat mempertahankan keadaan terpolarisasi untuk waktu yang lama bahkan setelah medan elektrostatik eksternal yang menyebabkan polarisasi dimatikan. Awalnya, molekul dielektrik memiliki momen dipol yang konstan.

Tetapi jika dielektrik semacam itu dilelehkan dan kemudian medan elektrostatik permanen yang kuat diterapkan saat meleleh, sebagian besar molekul zat cair akan diorientasikan sesuai dengan medan yang diterapkan. Sekarang zat cair harus didinginkan hingga mengeras sepenuhnya , tetapi medan elektrostatik dibiarkan bekerja sampai zat mengeras. Saat zat cair telah benar-benar dingin, bidang dapat dimatikan.

Rotasi molekul dalam zat yang dipadatkan setelah prosedur ini akan sulit, yang berarti molekul akan mempertahankan orientasinya. Beginilah cara tukang listrik dibuat, yang mampu mempertahankan keadaan terpolarisasi dari beberapa hari hingga bertahun-tahun. Untuk pertama kalinya elektret (termoelektret) dibuat dengan cara serupa dari lilin carnauba dan damar oleh fisikawan Jepang Yoguchi, hal ini terjadi pada tahun 1922.

Polarisasi sisa dielektrik dapat diperoleh dengan mengarahkan kuasi-dipol dalam kristal dengan memindahkan partikel bermuatan ke elektroda atau, misalnya, dengan menyuntikkan partikel bermuatan dari elektroda atau dari celah antarelektroda ke dalam dielektrik selama polarisasi. Pembawa muatan dapat dimasukkan ke dalam sampel secara artifisial, misalnya dengan iradiasi berkas elektron. Seiring waktu, tingkat polarisasi elektret menurun karena proses relaksasi dan pergerakan pembawa muatan di bawah pengaruh medan listrik internal elektret.

Pada prinsipnya, dielektrik apa pun dapat diubah menjadi keadaan elektret. Elektrolit paling stabil diperoleh dari resin dan lilin, dari polimer dan dielektrik anorganik dengan struktur polikristalin atau monokristalin, dari gelas, saringan, dll.

Untuk membuat dielektrik menjadi elektret yang stabil, ia harus dipanaskan hingga titik leleh dalam medan elektrostatis yang kuat dan kemudian didinginkan tanpa mematikan medan (elektret semacam itu disebut termoelektrik).

Anda dapat menyinari sampel dalam medan listrik yang kuat, sehingga menghasilkan fotolistrik. Atau menyinari dengan efek radioaktif — radioelektrik. Taruh saja di medan elektrostatik yang sangat kuat - Anda mendapatkan elektrolektret. Atau dalam medan magnet — sebuah magnetoelektret. Pemadatan larutan organik dalam medan listrik disebut cryoelectret.

Elektret metanol diperoleh dengan deformasi mekanis polimer. Melalui gesekan - listrik tribo. Elektret korona berada di bidang aksi pelepasan korona. Muatan permukaan stabil yang dicapai pada elektret adalah sekitar 0,00000001 C/cm2.

Electrets dari berbagai asal digunakan sebagai sumber medan elektrostatik konstan di sensor getaran, mikrofon, generator sinyal, elektrometer, voltmeter, dll. Mereka dengan sempurna berfungsi sebagai elemen sensitif dalam dosimeter, perangkat memori. Sebagai alat pemfokus pada filter gas, barometer, dan higrometer. Secara khusus, fotoelektrolit digunakan dalam elektrofotografi.