विशेष गुणधर्मांसह डायलेक्ट्रिक्स - फेरोइलेक्ट्रिक्स आणि इलेक्ट्रिक्स

शब्दाच्या नेहमीच्या अर्थाने डायलेक्ट्रिक्स हे पदार्थ आहेत जे बाह्य इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्डच्या कृती अंतर्गत विद्युत क्षण प्राप्त करतात. डायलेक्ट्रिक्समध्ये, तथापि, असे काही आहेत जे पूर्णपणे असामान्य गुणधर्म प्रदर्शित करतात. विशेष गुणधर्म असलेल्या या डायलेक्ट्रिक्समध्ये फेरोइलेक्ट्रिक्स आणि डायलेक्ट्रिक्सचा समावेश होतो. यांवर पुढे चर्चा केली जाईल.

फेरोइलेक्ट्रिक्स

पदार्थाचे उत्स्फूर्त किंवा उत्स्फूर्त ध्रुवीकरण प्रथम 1920 मध्ये रोशेल मीठ क्रिस्टल्समध्ये आणि नंतर इतर क्रिस्टल्समध्ये सापडले. तथापि, रोशेल सॉल्टच्या सन्मानार्थ, या गुणधर्माचे प्रदर्शन करणारे पहिले ओपन डायलेक्ट्रिक, अशा पदार्थांच्या संपूर्ण गटाला फेरोइलेक्ट्रिक्स किंवा फेरोइलेक्ट्रिक्स म्हटले जाऊ लागले. 1930-1934 मध्ये, इगोर वासिलीविच कुर्चाटोव्ह यांच्या नेतृत्वाखाली लेनिनग्राड भौतिकशास्त्र विभागात डायलेक्ट्रिक्सच्या उत्स्फूर्त ध्रुवीकरणाचा तपशीलवार अभ्यास करण्यात आला.

असे दिसून आले की सर्व फेरोइलेक्ट्रिक्स सुरुवातीला फेरोइलेक्ट्रिक गुणधर्मांची उच्चारित अॅनिसोट्रॉपी प्रदर्शित करतात आणि ध्रुवीकरण क्रिस्टल अक्षांपैकी फक्त एका बाजूने पाहिले जाऊ शकते.आयसोट्रॉपिक डायलेक्ट्रिक्समध्ये त्यांच्या सर्व रेणूंसाठी समान ध्रुवीकरण असते, तर एनिसोट्रॉपिक पदार्थांसाठी, ध्रुवीकरण वेक्टर वेगवेगळ्या दिशेने भिन्न असतात. सध्या शेकडो फेरोइलेक्ट्रिक्सचा शोध लागला आहे.

फेरोइलेक्ट्रिक्स खालील विशेष गुणधर्मांद्वारे ओळखले जातात. विशिष्ट तापमान श्रेणीतील त्यांचे डायलेक्ट्रिक स्थिरांक ई 1000 ते 10000 च्या श्रेणीत असते आणि लागू केलेल्या इलेक्ट्रोस्टॅटिक क्षेत्राच्या सामर्थ्यावर अवलंबून बदलते आणि नॉन-रेखीय देखील बदलते. हे तथाकथित एक प्रकटीकरण आहे डायलेक्ट्रिक हिस्टेरेसीस, तुम्ही फेरोइलेक्ट्रिकच्या ध्रुवीकरण वक्र - एक हिस्टेरेसिस वक्र देखील प्लॉट करू शकता.

फेरोइलेक्ट्रिकचा हिस्टेरेसिस वक्र चुंबकीय क्षेत्रामध्ये फेरोमॅग्नेटसाठी हिस्टेरेसिस लूप सारखा असतो. येथे एक संपृक्तता बिंदू आहे, परंतु आपण हे देखील पाहू शकता की बाह्य विद्युत क्षेत्र नसतानाही, जेव्हा ते शून्याच्या बरोबरीचे असते, तेव्हा क्रिस्टलमध्ये काही अवशिष्ट ध्रुवीकरण दिसून येते जे दूर करण्यासाठी विरुद्ध निर्देशित जबरदस्ती बल असणे आवश्यक आहे. नमुना वर लागू.

फेरोइलेक्ट्रिक्स देखील आंतरिक क्युरी पॉइंटद्वारे दर्शविले जातात, म्हणजे, फेरोइलेक्ट्रिक ज्या तापमानात त्याचे अवशिष्ट ध्रुवीकरण गमावू लागते ते दुसऱ्या क्रमाच्या टप्प्यात संक्रमण होते. रोशेल मीठासाठी, क्युरी पॉइंट तापमान +18 ते +24ºC च्या श्रेणीत असते.

डायलेक्ट्रिकमध्ये फेरोइलेक्ट्रिक गुणधर्म असण्याचे कारण म्हणजे पदार्थाच्या कणांमधील मजबूत परस्परसंवादामुळे उत्स्फूर्त ध्रुवीकरण. पदार्थ कमीतकमी संभाव्य ऊर्जेसाठी प्रयत्न करतो, तर तथाकथित संरचनात्मक दोषांच्या उपस्थितीमुळे, क्रिस्टल तरीही प्रदेशांमध्ये विभागलेला असतो.

परिणामी, बाह्य विद्युत क्षेत्र नसताना, क्रिस्टलचा एकूण विद्युत संवेग शून्य असतो आणि जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते, तेव्हा हे क्षेत्र स्वतःला त्याच्या बाजूने वळवतात. फेरोइलेक्ट्रिक्स रेडिओ अभियांत्रिकी उपकरणांमध्ये वापरले जातात जसे की व्हेरीकॉन्ड्स — व्हेरिएबल कॅपेसिटन्ससह कॅपेसिटर.

इलेक्ट्रेट

डायलेक्ट्रिक्सना डायलेक्ट्रिक्स म्हणतात जे ध्रुवीकरणास कारणीभूत असलेले बाह्य इलेक्ट्रोस्टॅटिक क्षेत्र बंद केल्यानंतरही दीर्घकाळ ध्रुवीकृत स्थिती राखू शकतात. सुरुवातीला, डायलेक्ट्रिक रेणूंमध्ये सतत द्विध्रुवीय क्षण असतात.

परंतु जर असा डायलेक्ट्रिक वितळला गेला आणि तो वितळत असताना एक मजबूत कायमस्वरूपी इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्ड लावले, तर वितळलेल्या पदार्थाच्या रेणूंचा एक महत्त्वपूर्ण अंश लागू केलेल्या क्षेत्रानुसार निर्देशित केला जाईल. आता वितळलेला पदार्थ पूर्णपणे घट्ट होईपर्यंत थंड करणे आवश्यक आहे. , परंतु पदार्थ कठोर होईपर्यंत इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्डला कार्य करण्याची परवानगी आहे. वितळलेला पदार्थ पूर्णपणे थंड झाल्यावर, शेत बंद केले जाऊ शकते.

या प्रक्रियेनंतर घनरूप झालेल्या पदार्थातील रेणूंचे फिरणे कठीण होईल, याचा अर्थ रेणू त्यांचे अभिमुखता टिकवून ठेवतील. अशा प्रकारे इलेक्ट्रिशियन बनवले जातात, काही दिवसांपासून ते अनेक वर्षांपर्यंत ध्रुवीकृत स्थिती राखण्यास सक्षम असतात. जपानी भौतिकशास्त्रज्ञ योगुची यांनी कार्नाउबा मेण आणि रोझिनपासून प्रथमच इलेक्ट्रेट (थर्मोइलेक्ट्रेट) बनवले होते, हे 1922 मध्ये घडले.

डायलेक्ट्रिकचे अवशिष्ट ध्रुवीकरण क्रिस्टल्समध्ये अर्ध-द्विध्रुवांचे अभिमुखीकरण करून चार्ज केलेले कण इलेक्ट्रोडमध्ये स्थलांतरित करून किंवा उदाहरणार्थ, ध्रुवीकरणादरम्यान डायलेक्ट्रिकमध्ये इलेक्ट्रोडमधून चार्ज केलेले कण किंवा इंटरइलेक्ट्रोड गॅपमधून इंजेक्ट करून मिळवता येते. चार्ज वाहक कृत्रिमरित्या नमुना मध्ये सादर केले जाऊ शकतात, उदाहरणार्थ इलेक्ट्रॉन बीम विकिरणाने. कालांतराने, विश्रांती प्रक्रियेमुळे आणि इलेक्ट्रेटच्या अंतर्गत विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली चार्ज वाहकांच्या हालचालींमुळे इलेक्ट्रेटच्या ध्रुवीकरणाची डिग्री कमी होते.

तत्वतः, कोणत्याही डायलेक्ट्रिकला इलेक्ट्रेट स्थितीत रूपांतरित केले जाऊ शकते. सर्वात स्थिर इलेक्ट्रेट रेझिन्स आणि मेणांपासून, पॉलिमर आणि पॉलीक्रिस्टलाइन किंवा मोनोक्रिस्टलाइन रचना असलेल्या अकार्बनिक डायलेक्ट्रिक्सपासून, ग्लासेस, चाळणी इत्यादींमधून मिळवले जातात.

डायलेक्ट्रिकला स्थिर इलेक्ट्रेट बनवण्यासाठी, ते मजबूत इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्डमध्ये वितळण्याच्या बिंदूपर्यंत गरम केले पाहिजे आणि नंतर फील्ड बंद न करता थंड केले पाहिजे (अशा इलेक्ट्रेटला थर्मोइलेक्ट्रेट्स म्हणतात).

तुम्ही मजबूत विद्युत क्षेत्रामध्ये नमुना प्रकाशित करू शकता, त्यामुळे फोटोइलेक्ट्रिक्स तयार होतात. किंवा किरणोत्सर्गी प्रभावांसह विकिरण करा — रेडिओइलेक्ट्रिक्स. फक्त एका अतिशय मजबूत इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्डमध्ये ठेवा - तुम्हाला एक इलेक्ट्रोलेक्ट्रेट मिळेल. किंवा चुंबकीय क्षेत्रात - एक चुंबकीय विद्युत. विद्युत क्षेत्रामध्ये सेंद्रिय द्रावणाचे घनीकरण म्हणजे क्रायोइलेक्ट्रेट.

पॉलिमरच्या यांत्रिक विकृतीद्वारे मिथेनॉल इलेक्ट्रेट प्राप्त केले जातात. घर्षण माध्यमातून - triboelectrics. कोरोना इलेक्ट्रेट्स कोरोना डिस्चार्जच्या कृती क्षेत्रात आहेत. इलेक्ट्रेटवर प्राप्त केलेला स्थिर पृष्ठभाग चार्ज 0.00000001 C/cm2 च्या क्रमाचा असतो.

कंपन सेन्सर्स, मायक्रोफोन, सिग्नल जनरेटर, इलेक्ट्रोमीटर, व्होल्टमीटर इत्यादींमध्ये स्थिर इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्डचे स्त्रोत म्हणून विविध उत्पत्तीचे इलेक्ट्रेट वापरले जातात. ते डोसीमीटर, मेमरी उपकरणांमध्ये संवेदनशील घटक म्हणून उत्तम प्रकारे काम करतात. गॅस फिल्टर, बॅरोमीटर आणि हायग्रोमीटरमध्ये फोकसिंग डिव्हाइसेस म्हणून. विशेषतः, इलेक्ट्रोफोटोग्राफीमध्ये फोटोइलेक्ट्रेटचा वापर केला जातो.