Piroelektromosság
From Wikipedia, the free encyclopedia
From Wikipedia, the free encyclopedia
A piroelektromosság egy olyan fizikai jelenség, melynek során bizonyos kristályok határfelületein a hőmérséklet megváltozásakor ellentétes előjelű, un. polarizációs töltések jelennek meg. A hőmérséklet-változás a töltésszétválasztás révén elektromos feszültséget hoz létre.[1]
Piroelektromosságként értelmezhető jelenséget először Theophatrus (i.e. 314) görög tudós írt le. Megfigyelte, hogy egy bizonyos kristály (valószínűleg a turmalin) melegítés hatására vonzza a szalmaszálat. A jelenséget sokkal később Franz Aepinus tanulmányozta és ismertette 1756-ban.[2][3]
Aepinus figyelmét egy ásványtannal foglalkozó barátja Johann Lehmann hívta fel az általa turmalinnak elnevezett kristály érdekes tulajdonságára. Az izzó szénre helyezett turmalinkristály pusztán a melegítéstől elektromos tulajdonságot mutatott. A kristály szemben lévő lapjain ellentétes töltések halmozódtak fel. Aepinus az elektromossá tehető turmalin ezen tulajdonságát a felmágnesezhető vasdarab analógiájával értelmezte, és átfogó elméletét 1759-ben Essay on the Theory of Electricity and Magnetism című munkájában jelentette meg.[4]
Bizonyos kristályokban a kristályszerkezet által meghatározott (poláris tengely) irányban az egymással szemben lévő lapokon ellentétes töltések halmozódnak fel, azaz külső hatás nélkül is létrejöhet elektromos polarizáció. Az ilyen spontán polarizációt mutató kristályokat nevezzük piroelektromosnak. A piroelektromos jelenséget mutató kristályoknak a poláris kristálytengelyük irányában permanens dipólusmomentumuk van. Az ellentétes irányban felhalmozódó felületi töltéseket a levegőből a felületre jutó ionok azonban semlegesítik, ezért ez a töltésszétválasztás makroszkópikusan nem észlelhető. Hőmérséklet-változáskor (melegítéskor, illetve hűtéskor) azonban megváltozik a dipólusmomentum, és a fellépő új töltések már kimutathatók.[5] A kristályt elektródokkal áramkörbe kapcsolva a létrejövő feszültség elektromos áramot generál. Ezt a hőmérséklet-változás indukálta (polarizációs) áramot használják fel a gyakorlati alkalmazásokban.[6]
Az anyag piroelektromos tulajdonságát a következőképpen definiált piroelektromos együttható () jellemzi:
ahol a spontán polarizációvektor irányú komponense és a hőmérséklet.
A piroelektromos együttható mértékegysége: Cm−2K−1.
A piroelektromosság megfordítottja az elektrokalorikus hatás: az elektromos térbe helyezett piroelektromos kristály hőmérséklete megváltozik.[1]
A permanens polarizációval rendelkező anyagokat elektréteknek nevezik. Ilyen természetes elektrétek a piroelektromos kristályok.
Mesterséges elektrét állítható elő például úgy, hogy viasz és gyanta megolvasztott elegyét elektromos térbe helyezik. A dipólusmolekulák beállnak a külső elektromos tér irányába. Az elegyet ezután a dermedéspontra lehűtve a dipólusok befagynak. A szilárd anyag az elektromos tér megszüntetése után is polarizációt mutat. Ezt a polarizációt az elektrét akár évekig is megtartja, ha megfelelő fémbevonat megakadályozza, hogy a levegőből a felületére jutó ionok a felületi töltéseket semlegesítsék. Az elektrétekre vonatkozólag hazánkban Mikola Sándor végzett vizsgálatokat.[1]
A piezoelektromos és a ferroelektromos kristályok mindegyike mutat piroelektromosságot is. A turmalinon kívül piroelektromos kristály például a bárium-titanát, lítium-niobát, a lítium-tantalát. A félvezetők közül a gallium-nitritből és a cézium-nitrátból vékony filmrétegben is létrehozható piroelektromosságot mutató anyag.[7]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.