Электрические и магнитные свойства минералов » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Электрические и магнитные свойства минералов

10.07.2021

Электропроводность кристаллов зависит от типа связи. Минералы с чисто металлической связью, такие как самородные металлы, являются прекрасными проводниками электричества, в то время как минералы, в которых связь является лишь отчасти металлической, оказываются полупроводниками. К их числу относятся сульфиды. Минералы с ионной и ковалентной связью являются обычно непроводящими. Для анизотропных минералов электропроводность является векториальным свойством и зависит от кристаллографического направления. Например, графит, относящийся к гексагональной сингонии, имеет гораздо большую электропроводность в направлении, перпендикулярном осп с, чем в направлении, параллельном этой оси.

Пьезоэлектрические свойства

Полярные оси есть только в тех кристаллах, у которых отсутствует центр симметрии. Из 32 кристаллографических классов симметрии 21 не имеет центра симметрии, а из них все, за исключением относящихся к гироидальному классу, имеют по крайней мере одну полярную ось с различными кристаллографическими формами по обоим ее концам. Если к концам полярной оси приложено давление, поток электронов устремляется к одному из ее концов, приобретающему отрицательный заряд, в то время как положительный заряд наводится на противоположном ее конце. Это свойство называется пьезоэлектрическим, и любой из минералов, кристаллизующихся в одном из 20 классов, имеющих полярную ось, должен этим свойством обладать. Однако у некоторых минералов наводимый заряд неощутимо мал. Пьезоэлектрические свойства впервые были обнаружены у кварца в 1881 г. Пьером и Жаком Кюри, однако прошло почти 40 лет прежде, чем было найдено их практическое применение. К. концу первой мировой войны было установлено, что звуковые волны, возникающие при движении подводной лодки, могут быть зафиксированы в виде пьезоэлектрического эффекта в кварцевой пластинке, погруженной в воду. Этот пьезоэлектрический датчик был изобретен слишком поздно, чтобы сыграть сколько-нибудь существенную роль во время войны, но он открыл путь и другим практическим применениям пьезоэффекта. В 1921 г. пьезоэффект кварца был впервые использован для контроля радиочастот, и с тех пор миллионы кварцевых пластинок используются с этой целью. Под действием переменного тока тонкий срез кварца испытывает механические деформации и генерирует колебания, частота которых тем больше, чем тоньше пластинка. Помещая кварцевую пластинку в электрическое поле радиоконтура, мы осуществляем контроль частоты передачи и приема, добиваясь совпадения частот колебаний кварцевой пластинки и колебаний в контуре. Миниатюрная кварцевая пластинка, используемая в часах-перстне, исполняет ту же функцию, что и кварцевые осцилляторы, используемые для контроля радиочастот: она генерирует механические колебания с постоянной, заранее заданной частотой, что с высокой точностью контролирует радиочастоту электронного контура часов. В этом контуре идет счет частоты колебаний кристалла и подается сигнал времени на электронное табло часов.

Пьезоэлектрический эффект для турмалина известен почти так же давно, как и для кварца, однако, по сравнению с кварцем, турмалин менее эффективен как радиоосциллятор, кроме того, его месторождения более редки. Тем не менее, турмалин используется как пьезоэлектрический датчик в приборах, измеряющих давление. В турмалине, принадлежащем к гексагональной сингонии, полярной осью является ось с. Пластинки, вырезанные перпендикулярно этому направлению, под действием переменного давления будут генерировать электрический ток. Сила возникающего тока пропорциональна площади пластинки и давлению. Турмалиновые пьезодатчики были разработаны для измерения давления взрыва атомной бомбы в 1945 г. и с тех пор используются Соединенными Штатами Америки при каждом взрыве. Турмалиновые датчики используются и для фиксирования меньших давлений, например, таких, которые возникают при выстреле из ружья или при ударе прибоя в стены волнорезов.

Пироэлектрические свойства

Температурные изменения в кристалле могут вызвать возникновение положительных и отрицательных зарядов у противоположных концов полярной оси. Это свойство — пироэлектрический эффект — наблюдается, как и пьезоэлектричество, только у кристаллов, имеющих полярные оси. Кристаллы 10 кристаллографических классов, имеющие единичные полярные оси, считаются «истинными» пироэлектриками, т. е. обладающими первичным пироэффектом.

Например, турмалин, имеющий единичную полярную ось с, попадает в эту группу, в то время как кварц, имеющий три полярных оси, не попадает. Тем не менее температурный градиент во всех кристаллах, имеющих полярные оси, таких как кварц, вызывает пироэлектрический эффект. В таких кристаллах пироэлектрическая поляризация является результатом деформации, вызываемой неравномерным распространением тепла, что и обусловливает пьезоэлектрические эффекты. Если кварц нагреть до температуры около 100 °С, при охлаждении его возникает положительный заряд на трех чередующихся призматических гранях, а на трех остальных — отрицательный. Это явление называют вторичной пироэлектрической поляризацией.

С помощью монокристальной рентгеновской съемки некоторые минералы удается приписать к определенным точечным группам, однако для других рентгеновские данные однозначно интерпретировать не удается. Например, на основе рентгеновских съемок минерал можно приписать либо к классам 2/m 2/m 2/m или mm2. Если удается установить в нем пьезо- или пироэффект, значит, он определенно принадлежит к группе mm2.

Магнетизм

Только два из распространенных в природе минералов — магнетит Fe3O4 и пирротин Fe1-хS — притягиваются к обычному ручному магниту. Это ферромагнитные минералы. Магнитный железняк — разновидность магнетита является природным магнитом, имеющим силу притяжения и полярность настоящего магнита. Многие другие минералы, особенно содержащие железо, притягиваются мощными электромагнитами. Их называют парамагнитными, в отличие от диамагнитных, которые отталкиваются от магнита. Благодаря различной магнитной восприимчивости, магнитные минералы могут быть отделены от немагнитных с помощью электромагнита. Магнитная сепарация является широко используемым лабораторным и промышленным методом отделения рудных минералов от пустой породы.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: