Pyroelektricitet er fænomenet med udseendet af et elektrisk felt i krystaller, når deres temperatur ændres , for eksempel: under opvarmning , friktion , bestråling eller endda primitiv gnidning.
Pyroelektriske stoffer er krystallinske dielektrika , der har spontan (spontan) polarisering i fravær af ydre påvirkninger [ klargør ] . Normalt er spontan polarisering umærkelig, da det elektriske felt, der skabes af det, kompenseres af feltet af frie elektriske ladninger , der "lækker" ud på overfladen af pyroelektrisk materiale fra dets indre volumen og fra den omgivende luft . Med en temperaturændring ændres størrelsen af den spontane polarisering, hvilket forårsager fremkomsten af et elektrisk felt, som kan observeres, før det kompenseres af gratis ladninger.
Ifølge en af legenderne er den første omtale af den pyroelektriske effekt indeholdt i noterne af Theophrastus , dateret 314 f.Kr. e. , som bemærkede, at opvarmede turmalinkrystaller tiltrak sugerør og askepartikler til sig selv. Turmalins pyroelektriske egenskaber blev genopdaget i 1707 af Johann Georg Schmidt.
Ifølge en anden version var den pyroelektriske effekt allerede i begyndelsen af det 6. århundrede f.Kr. e. opdaget af den antikke græske filosof Thales af Milet . Han rejste vidt omkring i landene i Østen og indsamlede og registrerede omhyggeligt observationer inden for mineralogi og astronomi . Det menes, at det var ham, der for første gang i et videnskabeligt aspekt fortolkede ravs evne til at tiltrække fuglefnug eller sugerør efter gnidning (effekten af elektrificering ved friktion). En pålidelig beretning om dette fysiske fænomen blev først dokumenteret i Timaeus- dialogen af en anden oldgræsk filosof, Platon . [1] :194-195 Senere skrev Al-Biruni om lignende egenskaber ved granatkrystaller i sit grundlæggende værk "Mineralogy", og citerede endda linjer fra et kærlighedsdigt dedikeret til den pyroelektriske effekt:
Øjnene glimter som våde druer.
Venligst: se! Der er ikke behov for andre præmier.
Øjenvipper så tiltrækker hjertet,
Da det ikke tiltrækker et granatæblestrå .
Sammenhængen af fænomenet pyroelektricitet med andre elektriske fænomener i krystaller blev bevist og videreudviklet af Franz Aepinus og Johann Wilke i 1757 . De genundersøgte prøver af dyrebar turmalin og beskrev den pyroelektriske effekt i detaljer og forklarede for første gang det resulterende fænomen polarisering . Efter 127 år blev det videnskabelige samfund overrasket over den usædvanligt klare og spektakulære oplevelse af den tyske videnskabsmand August Kundt , som udviklede sine forgængeres forskning. Efter at have opvarmet en turmalinkrystal, støvede han den med en blanding af to fine pulvere: svovl og rødt bly , efter at have passeret dem gennem en silkesi. I processen med at sigte (gnide) mod silke blev lyse gule svovlpartikler ladet negativt, og rød-orange røde blypartikler blev tværtimod positivt ladede. Som et resultat af denne simple demonstration blev det klart for alle de tilstedeværende, at den ene ende af turmalinen blev gul, og den anden blev rød. Så forbløffede August Kundt sine lærde tilskuere ved, at når turmalinkrystallen blev afkølet, skiftede polerne, og følgelig ændrede farverne sig i nøjagtig omvendt rækkefølge. [1] :195
Når temperaturen ændres med en kelvin , opstår et elektrisk felt med en styrke på ~400 volt pr. centimeter i ædelstensturmalinkrystaller . Som alle andre pyroelektriske stoffer er turmalin også et piezoelektrisk . Denne regel har dog ikke tilbagevirkende kraft. Ikke alle piezoelektriske materialer har pyroelektriske egenskaber. [1] :195
En ændring i spontan polarisering og udseendet af et elektrisk felt i pyroelektrik kan forekomme ikke kun med en ændring i temperatur, men også med mekanisk deformation. Derfor er al pyroelektrik piezoelektrik , men ikke omvendt. Eksistensen af spontan polarisering, med andre ord, misforholdet mellem krystallisationscentrene for positive og negative ladninger skyldes den ret lave symmetri af krystallerne [ klargør ] .