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トルマリン及び傾いた面を持つ半面像結晶の電気的現象について

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トルマリン及び傾いた面を持つ半面像結晶の電気的現象について

ジャック・キューリーおよびピエール・キューリーによるノート(紹介者:フリーデル)1881年]

I.
トルマリンに関する優れた論文を発表してから、数年後に、ゴーガンは熱電気の現象論を発表 した。彼は、温度変化中のトルマリンを、非常に内部抵抗が大きく、かつ非常に起電力の大きい熱 電堆に模して考える。似たような熱電堆の存在し得る事を示すために、彼は小さなビスマス錐と銅錐 を交互に頂点と頂点、底面と底面を溶接したものを作らせた。 この温度を変えていくと、狭い溶接面は広い溶接面よりも、より速く影響されるので、このシステム は、瞬間的には、一対の熱電堆を構成する事になる。ゴーガンはトルマリンの各分子配列を、これで 模した。実際、よく分かるように、この概念で、彼が打ち立てた定量則を理解できる。しかしながら、 この概念は、受け入れ難い点もあるように思われる。第一に、これでは加圧による電気現象を説明で きない。第二に、電気の出現は、トルマリンのプリズムの側面ではなく、底面だけで見られると言う 事実と一致しない。このことは、以下の実験で、実証できる。

もし長いトルマリンの二つの端面を錫箔で覆って、これをアースした状態で、電気を出現させたと しても、側面での電気の出現を、電位計につないだ金属環で確認することはできない。金属環をごく 端面近くまで近づけたとしても、状況は変わらない。これに対して、側面を錫箔で覆って、それを アースしても、しなくても、端面に出現する電気量は変わらない。

ゴーガンは、二つの端面中、一つは孤立させ、もう一つはアースして、結晶の中央部分に白金線を 巻いて、それを電位計につないだ。彼は、冷却中に、ここに孤立した端面と同じ向きの電気が出現 する事を確認した。この実験は、前述のそれと何ら矛盾するものではない。孤立端に出現した電気は 結晶の先端層に帯電して、そこがコンデンサーの極板の働きをする。この場合、結晶が薄い絶縁層と なる。同じ向きの電気が白金線にも出現するので、反対向きの電気が出現し、蓄えられるが、これを 証明するのは、簡単である。そのためには、白金線の電気を逃がして、これを電位計につないでから、 それまで孤立していた端面の電気を逃がしてやればよい。そうすると、貯まっていた反対向きの電気 は、白金線を通して電位計に変化を与える。

II.
1825年以降、多少とも漠然とながらベクレルやホーブスなどによって提唱されていた分子分極 の仮説によれば、この現象を、ゴーガンの説以上にうまく説明できる。更に以下にトムソンの説を 紹介する:彼の考え方は、かつてのホーブスの説と同じように、分子は、いつも分極しており、 トルマリンの表面に集まっている電気層は、外からみれば中性化している。熱は分極状態に変化を もたらすので、中性状態が崩れる。

我々の考え方も似たようなもので、分子が分極しているという考え方は、電気の出現が端面だけに 限られるという事実と完全に一致する。実際、母線に平行方向に、一様に分極した分子からなる 円柱は、二つの端面上に帯電した2層によって置き換え得ることがわかる。

さてここで分極の原因とその変化を、より明確化してみよう。その際、仮定として、分子層は積み 重なっていて、相対峙している分子層の2面間には一定の電位差が存在しているとする。当然、面は 帯電するが、この量は分子層間の距離で変わってこよう。ここで何らかの方法(圧力や温度変化)で、 この距離を変えてやれば、帯電した電気量は変化しよう。

上記のモデルを考えるのに適したシステムは、銅―亜鉛(ヴォルタ電池の要素)を溶接した薄片を、 同一厚さの空気層をはさんで、同一方向に積み重ねたものであろう。

さて、ここで、空気層の厚さをe、銅―亜鉛接点の起電力をνとしよう。

最初に、全ての薄片をアースしてから積み重ねると、これらの層が十分に接近している限り、 隣りあっている2層の、相対している各面に貯まる電気量は、q=v/4πe で 表される。もし層間の距離か変わると、この量は、
q+△q=v/4π(e+△e)
両端にある薄片は、向きの違う電気量、△q=v/4π[△e/e(I+△e/e)] を外へもらす事になる。内部に位置する薄片については、各片の中で現れた向きの違う電気が、 中和してしまう。我々が興味を持つ場合である各片が絶縁されている時でも、結果は同じである。

ここで最後の式で1の後に出てくる項、 △e/e を省略するとすると、出現する電気量は、 隣り合った層間の距離に比例し、表面積に比例し、層の数、即ち、試料柱の厚さには無関係とい う事になる。この法則こそ、トルマリンの実験で得られた法則に他ならない。

III.
我々以前に提議された仮説を検証して、現象の解釈で、我々にとって最も確からしい と思われるものを数式化して、結果を求めた。もっとも、仮定には、疑問点もあるが、それは無視 した。

出発点とした仮定は、隣り合った2層の相対する面の間には、一定の電位差がある。

トルマリンは、合成された物質であり、結晶化している分子の、異なった部分は、異なった物質から 作られている。これで二つの分子の相対している面での、電位差を説明できよう。

さて物質が均質であれば、分子の形状だけが、上記仮説を正当化するための十分条件と考えられる。 更に、以前の説明よりも、この説明の方が、実験結果とより良く一致するといい得る(通常の考察は、 多分、より分子自身へと適用されよう)。

実際、どんな理論であれ結晶理論では、結晶形の特異性に見られる結晶の非対称性は、分子に原因が あるという点では一致している。とはいえ、我々が示したように、実験した全ての非電導性半面像 物質では、出現する電気の向きは、常に結晶形と関連があり、最も鋭い立体角に相当する端面が、 膨張時に負に帯電する。この一定の関係は、多分、偶然によるものではないだろうし、分子形状と、 結晶の半面像形状の間に、類似性があることを認めれば、以下の考え方に到達しよう。即ち、分子の 尖った先端は、分子の反対基底面に対して、上記で説明した類似例で、常に銅に対する亜鉛の役割を 演じている、言いかえれば常にプラスに帯電していると。従って、材料の特性は、思考の線上には 入ってこず、分子の形状が、圧倒的な影響力を持つように思える。

[論文名]
Sur les phénomènes électriques de la tourmaline et des cristaux hémièdres à faces inclinées. Note de MM.JACQUES et PIERRE CURIE, présentée par M . Friedel.
[掲載誌]
Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences,92(1881) 350
[所蔵]
The British Library
[訳]
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