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焦電気(パイロ電気)(「静電気の事典」)

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焦電気(パイロ電気)(「静電気の事典」)

焦電気(パイロ電気)

結晶の一部を加熱したとき、その表面に電荷があらわれる現象で、1756年Aepinusによって 発見された。異極像晶族 C1、Cs、C2、C3、C4、 C2v、C3v、C6v の結晶だけに発生し、電気石で最も著しい。 同種の結晶では同種の軸端に常に同種の電荷があらわれる。温度上昇でプラスに帯電する端を同類端、 マイナスに帯電する端を異類端という。異極像晶族の結晶は自然の状態で分極しており、結晶表面の 分極電荷は付着した対イオンなどで中和化されている。温度を変えると分極量が変化し、その変化分が 焦電気として観測される。
*正方晶系、六方晶系や斜方晶系結晶の上下軸に沿って上・下の方向、または単斜晶系結晶の左右軸 に沿った右・左の方向が結晶学的に同価でない場合(たとえば軸の両端にあらわれる面の性質の 相異する場合)、その結晶を異極像晶族(hemimorphic crystal form)という。
焦電気の基本式は次の形で与えられる。σをエントロピー、θを温度とすると
(記号は圧電気の項参照)
焦電率pは電気分極の温度変化D/刄ニであるが、また電気熱量効果の係数刄ミ/Eに等しい。 熱膨張係数αE=S/刄ニはピエゾ熱量効果の係数刄ミ/Tに等しい。CT,Eは 比熱である。 束縛状態(S=0)での焦電率pSと自由状態での焦電率pTとの間に
pT=pSECEd
の関係がある。ここでpSを一次の焦電率と呼ぶ。第2項は二次の焦電効果をあらわす。 すなわち、温度変化によってひずみαECEを生じ、ひずみによって 圧電分極があらわれる。束縛状態で観測される焦電効果が一次の焦電率を与える。高分子の 焦電性は二次の効果による場合が多い。表は高分子物質の焦電率の値を示す。

物質p(μC/m2・K)
骨、腱(コラーゲン)3X10-3
PZT(セラミックス)600
PVDF(ポリフッ化ビニリデン)30
PVC(ポリ塩化ビニル)4




[参考文献]
「ロングマン物理学辞典」(清水忠雄 清水文子 監訳) P.488〜489(株式会社朝倉書店 1998年2月10日初版第1刷発行)
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