Pyroelektricitet är fenomenet med uppkomsten av ett elektriskt fält i kristaller när deras temperatur ändras , till exempel: under uppvärmning , friktion , bestrålning eller till och med primitiv gnidning.
Pyroelektriska ämnen är kristallina dielektrika som har spontan (spontan) polarisering i frånvaro av yttre påverkan [ förtydliga ] . Vanligtvis är spontan polarisering omärklig, eftersom det elektriska fältet som skapas av det kompenseras av fältet av fria elektriska laddningar som "läcker" på ytan av pyroelektriken från dess inre volym och från den omgivande luften . Med en temperaturförändring ändras storleken på den spontana polariseringen, vilket orsakar uppkomsten av ett elektriskt fält, som kan observeras innan det kompenseras av fria laddningar.
Enligt en av legenderna finns det första omnämnandet av den pyroelektriska effekten i anteckningarna av Theophrastus , daterad 314 f.Kr. e. , som märkte att upphettade turmalinkristaller drog till sig sugrör och askpartiklar. De pyroelektriska egenskaperna hos turmalin återupptäcktes 1707 av Johann Georg Schmidt.
Enligt en annan version, den pyroelektriska effekten redan i början av 600-talet f.Kr. e. upptäcktes av den antika grekiske filosofen Thales av Miletus . Han reste brett i länderna i öst och samlade noggrant och registrerade observationer inom mineralogi och astronomi . Man tror att det var han som för första gången i en vetenskaplig aspekt tolkade bärnstens förmåga att locka till sig fågelludd eller sugrör efter gnidning (effekten av elektrifiering genom friktion). En tillförlitlig redogörelse för detta fysiska fenomen dokumenterades först i Timaeus- dialogen av en annan forntida grekisk filosof, Platon . [1] :194-195 Senare skrev Al-Biruni om liknande egenskaper hos granatkristaller i sitt grundläggande verk "Mineralogy", och citerade till och med rader från en kärleksdikt tillägnad den pyroelektriska effekten:
Ögon tindrar som våta vindruvor.
Snälla titta! Inga andra utmärkelser behövs.
Ögonfransar så attraherar hjärtat,
Eftersom det inte lockar ett granatäpplehalm .
Sambandet mellan fenomenet pyroelektricitet och andra elektriska fenomen i kristaller bevisades och vidareutvecklades av Franz Aepinus och Johann Wilke 1757 . När de undersökte prover av dyrbar turmalin igen , beskrev de den pyroelektriska effekten i detalj, och förklarade för första gången det resulterande fenomenet med polarisering . Efter 127 år överraskades forskarsamhället av den ovanligt tydliga och spektakulära erfarenheten av den tyske forskaren August Kundt , som utvecklade sina föregångares forskning. Efter att ha värmt upp en turmalinkristall, pudrade han den med en blandning av två fina pulver: svavel och rött bly , efter att ha passerat dem genom en silkessil. I processen att sikta (gnugga) mot silke laddades ljusgula svavelpartiklar negativt, och röd-orangeröda blypartiklar, tvärtom, positivt laddade. Som ett resultat av denna enkla demonstration blev det klart för alla närvarande att ena änden av turmalinen blev gul och den andra blev röd. Sedan förvånade August Kundt sina lärda åskådare av det faktum att när turmalinkristallen kyldes, ändrades polerna, och följaktligen ändrades färgerna i exakt omvänd ordning. [1] :195
När temperaturen ändras med en kelvin uppstår ett elektriskt fält med en styrka på ~400 volt per centimeter i ädelstensturmalinkristaller . Som all pyroelektrisk är turmalin också en piezoelektrisk . Denna regel är dock inte retroaktiv. Alla piezoelektriska material har inte pyroelektriska egenskaper. [1] :195
En förändring i spontan polarisation och uppkomsten av ett elektriskt fält i pyroelektrik kan inträffa inte bara med en förändring i temperatur, utan också med mekanisk deformation. Därför är all pyroelektrik piezoelektrisk , men inte vice versa. Förekomsten av spontan polarisering, med andra ord, oöverensstämmelsen mellan kristallisationscentra av positiva och negativa laddningar beror på den ganska låga symmetrin hos kristallerna [ förtydliga ] .