Piroelectricitatea este fenomenul de apariție a unui câmp electric în cristale atunci când temperatura acestora se modifică , de exemplu: în timpul încălzirii , frecării , iradierii sau chiar frecării primitive.
Piroelectricii sunt dielectrici cristalini care au polarizare spontană (spontană) în absența influențelor externe [ clarificați ] . De obicei, polarizarea spontană este imperceptibilă, deoarece câmpul electric creat de aceasta este compensat de câmpul de sarcini electrice libere care „se scurg” pe suprafața piroelectricului din volumul său intern și din aerul înconjurător . Odată cu o modificare a temperaturii, amploarea polarizării spontane se modifică, ceea ce determină apariția unui câmp electric, care poate fi observat înainte de a fi compensat de încărcături libere.
Potrivit uneia dintre legende, prima mențiune a efectului piroelectric este conținută în notele lui Teofrast , datată 314 î.Hr. e. , care a observat că cristalele de turmalină încălzite au atras paiele și particulele de cenușă. Proprietățile piroelectrice ale turmalinei au fost redescoperite în 1707 de Johann Georg Schmidt.
Potrivit unei alte versiuni, efectul piroelectric încă de la începutul secolului al VI-lea î.Hr. e. descoperit de filosoful grec antic Thales din Milet . A călătorit pe scară largă în țările din Orient, culegând și înregistrând cu atenție observații din domeniul mineralogiei și astronomiei . Se crede că el a fost cel care pentru prima dată sub aspect științific a interpretat capacitatea chihlimbarului de a atrage pufurile de păsări sau paiele după frecare (efectul electrificării prin frecare). O relatare de încredere a acestui fenomen fizic a fost documentată pentru prima dată în dialogul seminal Timaeus de un alt filozof grec antic, Platon . [1] :194-195 Mai târziu, Al-Biruni a scris despre proprietăți similare ale cristalelor de granat în lucrarea sa fundamentală „Mineralogie”, și chiar a citat versuri dintr-un poem de dragoste dedicat efectului piroelectric:
Ochii sclipesc ca strugurii umezi.
Te rog: uite! Nu sunt necesare alte premii.
Genele atrag atât de mult inima,
deoarece nu atrage un pai de rodie .
Legătura dintre fenomenul piroelectricității cu alte fenomene electrice din cristale a fost dovedită și dezvoltată în continuare de Franz Aepinus și Johann Wilke în 1757 . Reexaminând mostre de turmalină prețioasă , aceștia au descris în detaliu efectul piroelectric, explicând pentru prima dată fenomenul de polarizare rezultat . După 127 de ani, comunitatea științifică a fost surprinsă de experiența neobișnuit de clară și spectaculoasă a savantului german August Kundt , care a dezvoltat cercetările predecesorilor săi. După ce a încălzit un cristal de turmalină, l-a pudrat cu un amestec de două pulberi fine: sulf și plumb roșu , după ce le-a trecut printr-o sită de mătase. În procesul de cernere (frecare) împotriva mătăsii, particulele de sulf galben strălucitor au fost încărcate negativ, iar particulele de plumb roșu-portocaliu, dimpotrivă, au fost încărcate pozitiv. Ca urmare a acestei simple demonstrații, a devenit clar pentru toți cei prezenți că un capăt al turmalinei a devenit galben, iar celălalt a devenit roșu. Apoi August Kundt și-a uimit spectatorii învățați prin faptul că, atunci când cristalul de turmalină a fost răcit, polii s-au schimbat și, în consecință, culorile s-au schimbat exact în ordine inversă. [1] :195
Când temperatura se schimbă cu un kelvin , în cristalele de turmalină se formează un câmp electric cu o putere de ~ 400 volți pe centimetru . Ca toate piroelectricele, turmalina este, de asemenea, un piezoelectric . Cu toate acestea, această regulă nu este retroactivă. Nu toate materialele piezoelectrice au proprietăți piroelectrice. [1] :195
O modificare a polarizării spontane și apariția unui câmp electric în piroelectrice pot apărea nu numai cu o schimbare a temperaturii, ci și cu deformarea mecanică. Prin urmare, toate piroelectricele sunt piezoelectrice , dar nu invers. Existenta polarizarii spontane, cu alte cuvinte, nepotrivirea centrelor de cristalizare a sarcinilor pozitive si negative se datoreaza simetriei destul de reduse a cristalelor [ clarifica ] .