Electret - Electret

Un electret (format dintr-un portmanteau de electr- din „ electricitate ” și -et din „ magnet ”) este un material dielectric care are o sarcină electrică cvasipermanentă sau polarizare dipolară . Un electret generează câmpuri electrice interne și externe și este echivalentul electrostatic al unui magnet permanent . Deși Oliver Heaviside a inventat acest termen în 1885, materialele cu proprietăți electret erau deja cunoscute științei și fuseseră studiate încă de la începutul anilor 1700. Un exemplu particular este electrophorus , un dispozitiv format dintr-o placă cu proprietăți electret și o placă metalică separată. Electroforul a fost inițial inventat de Johan Carl Wilcke în Suedia și din nou de Alessandro Volta în Italia.

Numele derivă din „electron” și „magnet”; trasând analogie cu formarea unui magnet prin alinierea domeniilor magnetice într-o bucată de fier. Din punct de vedere istoric, electrii erau realizați prin topirea mai întâi a unui material dielectric adecvat, cum ar fi un polimer sau ceară care conține molecule polare, și apoi permițându-i să se solidifice din nou într-un câmp electrostatic puternic. Moleculele polare ale dielectricului se aliniază la direcția câmpului electrostatic, producând un electret dipol cu ​​o polarizare permanentă electrostatică. Electrii moderni sunt de obicei realizați prin încorporarea excesului de sarcini într-un dielectric extrem de izolator, de exemplu, prin intermediul unui fascicul de electroni , descărcare coroană , injecție dintr-un pistol de electroni , defectare electrică într-un spațiu sau o barieră dielectrică.

Asemănare cu magneții

Electretii, ca și magneții, sunt dipoli. O altă similitudine este câmpurile radiante: acestea produc un câmp electrostatic (spre deosebire de un câmp magnetic ) în jurul perimetrului lor. Când un magnet și un electret sunt aproape unul de altul, apare un fenomen destul de neobișnuit: în timp ce staționar, nici unul nu are niciun efect unul pe altul. Cu toate acestea, atunci când un electret este deplasat în raport cu un pol magnetic, se simte o forță care acționează perpendicular pe câmpul magnetic, împingând electretul de-a lungul unei căi de 90 de grade în direcția așteptată de „împingere” așa cum s-ar simți cu un alt magnet.

Similaritate cu condensatoarele

Există o asemănare între un electret și stratul dielectric utilizat în condensatoare ; diferența este că dielectricele din condensatoare au o polarizare indusă care este doar tranzitorie, dependentă de potențialul aplicat pe dielectric, în timp ce dielectricele cu proprietăți electret prezintă stocare de încărcare cvasipermanentă sau polarizare dipolă în plus. Unele materiale prezintă și feroelectricitate (adică reacționează la câmpurile externe cu o histerezis a polarizării). Ferroelectricele pot reține polarizarea permanent, deoarece se află în echilibru termodinamic și, prin urmare, sunt utilizate în condensatoarele feroelectrice . Deși electrii sunt doar într-o stare metastabilă , cei fabricați din materiale cu scurgere foarte mică pot păstra excesul de încărcare sau polarizare timp de mulți ani. Un microfon electret este un tip de microfon cu condensator care elimină necesitatea unei tensiuni de polarizare de la sursa de alimentare prin utilizarea unui material încărcat permanent.

Tipuri de electriți

Există două tipuri de electrozi:

  • Electri cu încărcare reală care conțin o încărcare excesivă a uneia sau a ambelor polarități
  • Electrii cu dipol orientat conțin dipoli orientați (aliniați). Materialele ferroelectrice sunt o variantă a acestora.

Electrii de încărcare a spațiului celular cu sarcini bipolare interne la goluri oferă o nouă clasă de materiale electret, care imită feroelectricele, de aceea sunt cunoscute sub numele de feroelectriți . Ferroelectretele prezintă o piezoelectricitate puternică , comparabilă cu materialele ceramice piezoelectrice. Unele materiale dielectrice sunt capabile să prezinte ambele comportamente.

Materiale

Materialele electrice sunt destul de comune în natură. Cuarțul și alte forme de dioxid de siliciu, de exemplu, sunt electriți naturali. Astăzi, majoritatea electraților sunt fabricați din polimeri sintetici , de exemplu fluoropolimeri , polipropilenă , polietilenetereftalat (PET), etc. Câmpurile electrice cvasipermanente interne sau externe create de electriți pot fi exploatate în diverse aplicații.

Fabricare

Electrele în vrac pot fi preparate prin încălzirea sau topirea materialului, apoi răcirea acestuia în prezența unui câmp electric puternic. Câmpul electric repoziționează purtătorii de sarcină sau aliniază dipolii în interiorul materialului. Când materialul se răcește, solidificarea „îngheață” dipolii în poziție. Materialele utilizate pentru electriți sunt de obicei ceruri , polimeri sau rășini . Una dintre cele mai vechi rețete constă în 45% ceară de carnauba , 45% colofoniu alb și 10% ceară albă , topită, amestecată împreună și lăsată să se răcească într-un câmp electric static de mai mulți kilovolți / cm. Efectul termo-dielectric , legat de acest proces, a fost descris pentru prima dată de cercetătorul brazilian Joaquim Costa Ribeiro .

Electretele pot fi fabricate, de asemenea, prin încorporarea unei sarcini negative excesive într-un dielectric folosind un accelerator de particule , sau prin încărcări de eșantionare pe sau în apropierea suprafeței utilizând descărcări de coroană de înaltă tensiune , un proces numit încărcare de coroană . Sarcina în exces într-un electret se descompune exponențial. Constanta descreșterii este o funcție relativă a materialului dielectric constant și ei în vrac rezistivitate . Materialele cu rezistivitate extrem de ridicată, cum ar fi PTFE , pot păstra excesul de încărcare timp de multe sute de ani. Majoritatea electretelor produse comercial se bazează pe fluoropolimeri (de exemplu, teflon amorf ) prelucrate la pelicule subțiri.

Lecturi suplimentare

  • Jefimenko, Oleg D. (2011). Motoare electrostatice: istoria, tipurile și principiile lor de funcționare (prima ediție revizuită). Institutul de Cercetare a Integrității. ISBN 978-1935023470.
  • Jefimenko, Oleg D .; Walker, David K. (1980). „Electrete”. Profesor de fizică . 18 (9): 651-659. Cod Bib : 1980PhTea..18..651J . doi : 10.1119 / 1.2340651 .
  • Walker, David K ​​.; Jefimenko, Oleg D. (1973). „Distribuția volumului încărcăturii în electroți de ceară carnauba”. Jurnalul de Fizică Aplicată . 44 (8): 3459. Bibcode : 1973JAP .... 44.3459W . doi : 10.1063 / 1.1662785 .
  • Adams, Charles K. (1987). Electricitatea naturii . Cărți TAB . ISBN 978-0-8306-2769-1.
  • Gross, Bernhard (1964). Stocarea încărcării în dielectrici solizi; o revizuire bibliografică a electretului și a efectelor conexe . Elsevier .
  • Sessler, Gerhard M., ed. (1998). Electrets (ediția a 3-a). Laplacian Press. ISBN 978-1-885540-07-2.

Vezi si

Referințe


Brevete