Техника - молодёжи 1959-03, страница 43

ЭЛЕКТРЕТЫ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ БЛИЗНЕЦЫ МАГНИТОВ

Н. ЗАЕВ, инженер

В ЧЕМ МОГУТ «ЗАВЯЗНУТЬ» ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ!

Кусок стали можно намагнитить и, предохранив от действия тепла и ударов, сохранить в этом состоянии довольно долго. А нельзя ли, наэлектризовав какое-либо вещество, сделать его столь же надежным хранилищем полученного электрического заряда, обладателем постоянного электрического поля?

Еще Михаил Фарадей считал это возможным. Английский ученый Хэвисайд в конце прошлого века даже дал название веществам в «наэлектризованном)» состоянии: «электреты», хотя тогда их еще не существовало.

На каком же основании предсказывалось существование электретного состояния вещества?

С самого начала было ясно, что проводники электричества элеклгретами быть не могут. Действительно, если к проводнику поднести заряженное тело, то, по законам электростатики, на ближайшем к этому телу конце проводника благодаря индукции появится заряд противоположного знака, а на отдаленном конце проводника — одноименный заряд.

Но с удалением тела наведенные заряды устремятся от отрицательного полюса проводника к положительному, и заряды на проводнике исчезнут, нейтрализованные один другим.

Роль подносимого заряженного тела — индуктора — заключается не ш сообщении заряда проводнику, а в нарушении равномерного распределения электронов в проводнике за счет той энергии, которую мы прилагаем при поднесении заряженного тела к проводнику.

Так как проводники не способны удерживать наведенные заряды после удаления индуктора, нужно было искать такие вещества, у которых имеются частицы, взаимодействующие с электрическим полем, но не столь подвижные, как электроны в проводниках. Такие вещества следовало искать только среди не проводящих ток материалов, то есть среди изоляторов, или, как часто их называют, диэлектриков.

Карнаубокий воск и некоторые другие смолы—диэлектрики. Как и все

Рис. Н. РУШЕВА

вещества, диэлектрики состоят из молекул, имеющих собственные отрицательные и положительные заряды. Заряды эти равны по величине, и потому, казалось бы, молекулы должны быть безразличны к действию внешнего электрического поля. Но нД самом деле это не так. Не во всех веществах заряды молекул равномерно распределены в их объеме, и потому такие

Так образуется фотоэлектрет. Молекулы серы, на которые воздействует радиация (свет), ориентируются в электростатическом поле.

молекулы ведут себя в электрическом поле иначе, чем молекулы, не имеющие явно выраженных противоположных зарядов. В физике совокупность двух одинаковых по величине и противоположных по знаку частиц называется электрическим диполем, соответственно такая молекула называется дишольной.

Если внести в электрическое поле вещество, состоящее из дипольных молекул, то внутри вещества произойдет невидимое простым глазом перемещение этих молекул. Произойдет так называемая ориентация диполей.

Вследствие непрекращающегося при обычных условиях теплового движения молекул не все диполи повернутся

На цветной вкладке в центре — схема процесса получения электрета. Высокомолекулярное соединение — диэлектрик имеет дезориентированные молекулы и не образует электростатического поля. Диэлектрик помещается в сильное электрическое поле и нагревается. Тепловые движения молекул усиливаются и способствуют тому, что молекулы поворачиваются в направлении силовых линий поля, тогда нагрев прекращается, и молекулы застывают в новом положении, а когда снято внешнее поле, их поля складываются, образуя постоянное поле электрета.

Вокруг — различные применения электретов: в микрофоне телефонной трубки, в измерителе влажности, в символически изображенном генераторе зажигания для двигателя внутреннего сгорания, в устройствах памяти для электронных машин.

Внизу показан принцип фотографии на электретах. Как известно, под действием света и поля некоторые вещества становятся электретами только в освещенных местах. Если этот процесс происходит в фотокамере, то на пластинке образуется скрытое изображение, которое можно проявить заряженным порошком краски.

Н е так давно было распространено мнение, что электреты — это просто занимательный физический парадокс, свидетельствующий только о возможности существования электрического аналога постоянных магнитов и не имеющий ни практического, ни теоретического значения. Но в настоящее время электреты стали объектом пристального внимания как физиков-теоретиков, так и инженеров-практиков.

Теория электретов сейчас переживает период становления, и многое еще в их свойствах остается необъяс-ненным. Несмотря иа это, электреты с каждым днем все шире применяются в самых различных областях науки и техники.

Нет никакого сомнения в том, что электреты будут иметь большое бу-

дущее. ^ _г ИОСИФЬЯН,

действительный член Академии наук Армянской ССР

вдоль поля. Кроме того, количество сориентировавшихся диполей зависит от напряженности поля: чем оно выше, тем больше диполей будет ориентировано. При напряженности поля больше миллиона вольт на сантиметр почти все диполи окажутся ориентированными.

При изготовлении электретов применяют нал р яженность поля между электродами порядка 5—20 тыс. в на один сантиметр толщины слоя воска или смолы. Не всегда поляризуемый диэлектрик выдерживает это, и тогда дело кончается «пробоем», то есть электрет пробивается искровым разрядом. В силу того, что значительная часть дипольных молекул повернется положительно заряженным концом в одну сторону, а отрицательно заряженным — в другую, на концах диэлектрика появится некоторое электрическое поле, по величине равное сумме полей всех, например, положительно заряженных концов ориентированных диполей на одном конце и отрицательных — на другом. Если удалить внешнее поле, то диполи снова займут самые разнообразные положения один относительно другого, вернутся к хаотичному распределению, «дезориентируются».

Именно для сохранения упорядоченного расположения диполей и дают застывать расплавленному диэлектрику в электрическом поле, как бы «замораживая» диполи в ориентированном состоянии. Конечно, тепловое движение молекул постепенно будет разрушать это состояние, то есть электрет будет «затухать».

Отмелгим, что электрет хранится длительное время только при «закорачивании» его, то есть при замыкании разноименных поверхностей электрета с помощью проводника. Практически это делается завертыванием электрета в оловянную или алюминиевую фольгу. В этом случае линии поля не рассеиваются в окружающей среде и диполи дольше удерживаются у этих линий, проходящих внутри электрета. Как тут не вспомнить свойства магнитов—лучше храниться при замкнутых полюсах!

Электреты обладают и другими свойствами, роднящими их с магнитами. Например, ученые установили, что электрет теряет свой заряд не плавно, а скачками. Подобным же скачкообразным характером отличается процесс

37