Електрет

Завдання роботи:

Виготовити і дослідити зразок електрету.

Обладнання:

– воск або парафін;
– каніфоль;
– металева посудина;
– електроплитка або спиртовка;
– тримач для наборних тягарців;
– металевий піднос;
– лабораторний штатив;
– капронова нитка;
– високовольтне джерело живлення;
– високовольтні проводи з затисками типу «крокодил»;
– електронні ваги;
– неонова лампа.

Основні терміни та поняття

Електростатичне поле ДІЕЛЕКТРИКИ В ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОМУ ПОЛІ (ПОЛЯРИЗАЦІЯ ДІЕЛЕКТРИКА) – ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ У РЕЧОВИНІ ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ У РЕЧОВИНІ ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ. ЕЛЕКРОСТАТИЧНЕ ПОЛЕ. НАПРУЖЕНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ. ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦІЇ ПОЛІВ

Теоретична частина

Рисунок 1 – Загальний вигляд обладнання для виготовлення зразку електрету

Електретами називають поляризовані діелектрики, що складаються із жорстких електричних диполів, які переводяться з рідкого розтопленого у твердий аморфний стан у електричному полі з напруженістю близько 10 кВ/см і зберігають поляризацію протягом тривалого часу. Електрети є аналогами постійних магнітів, але мають не магнітне, а електростатичне поле.
Якщо взяти суміш воску або парафіну і смоли, розплавити її, помістити в постійне сильне електричне поле і дати застигнути в електричному полі, то поляризація зберігатиметься протягом декількох днів.
Крім смоли і воску електрети можуть бути отримані з різних полімерних матеріалів, зокрема політетрафторетилену та поліметилметакрилату, керамічних матеріалів, титанатів лужноземельних металів, тощо. Також електрети можна отримувати з розчинів органічних речовин у летючих розчинниках.
Сучасні електрети можуть зберігати заряд до 100 років, а величина заряду може сягати значень до 5҆*10^-8 Кл/см2.
Застосовуються електрети в якості джерел постійного електричного поля в електретних мікрофонах, фільтрах повітря, вібродатчиках, детекторах іонізуючого випромінювання, тощо.
В даній практичній роботі пропонується виготовити зразок електрету з парафіну і каніфолі. Схема отримання електрету представлена на рисунку 2.

Рисунок 2 – Схема отримання електрету

Розплав парафіну і каніфолі виливається на металеву посудину, з’єднану з від’ємним полюсом високовольтного джерела живлення. Таким чином металева посудина є також від’ємним електродом. Після виливання розплаву на його поверхню встановлюється додатний електрод, вмикається високовольтне джерело живлення і встановлюється напруга 3…5 кВ залежно від товщини шару розплаву. В таких умовах при увімкненому високовольтному джерелі живлення електрету дають застигнути. Після застигання джерело живлення відключають і акуратно виймають отриманий електрет.
В якості додатного електрода зручно використовувати тримач набірного тягарця, підвішений на лапі штативу (рис. 1). Положення тягарця відносно посудини у такому випадку можна виставити заздалегідь. Потім цей електрод можна підняти, вилити розплав і опустити на його поверхню.

Хід роботи

1. Покладіть на стіл металевий піднос, а біля нього встановіть штатив з лапою. На піднос покладіть листок паперу.
2. До лапи штативу за допомогою капронової нитки повісьте тримач набірного тягарця (рис. 1, 2) над центром підносу.
3. За допомогою високовольтних проводів з’єднайте «-» високовольтного джерела живлення з підносом, а «+» – з тримачем набірного тягарця.
4. За допомогою лапи штативу відрегулюйте висоту підвісу тримача над підносом на рівні близько 3 мм.
5. За допомогою електронних ваг зважте однакові кількості (по 10…15 г) воску або парафіну і подрібненої каніфолі.
6. У окремій металевій посудині за допомогою електроплитки або спиртівки розтопіть суміш воску з каніфоллю і помішайте її у рідкому стані дерев’яною паличкою.
7. Підніміть тримач набірного тягарця і акуратно вилийте розтоплену суміш у центр підноса.
8. Опустіть на розтоплену суміш тримач, увімкніть джерело живлення і встановіть напругу 3…4 кВ.
9. Зачекайте 10…15 хвилин, поки суміш повністю застигне.
10. Виставіть на високовольтному джерелі мінімальну напругу і вимкніть його.
11. Акуратно відділіть від підносу отриманий електрет разом з папером і тягарцем.
12. Обріжте електрет по діаметру тримача.

Рисунок 3 – Отриманий електрет на тримачі

13. Візьміть неонову лампу та швидко проведіть біля її колби вашим електретом. Неонова лампа має при цьому спалахувати.
14. Перевірити електрет також можливо за допомогою індикатору електростатичного заряду за роботою: https://stemua.science/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BA%D0%B8/%d1%96%d0%bd%d0%b4%d0%b8%d0%ba%d0%b0%d1%82%d0%be%d1%80-%d0%b5%d0%bb%d0%b5%d0%ba%d1%82%d1%80%d0%be%d1%81%d1%82%d0%b0%d1%82%d0%b8%d1%87%d0%bd%d0%be%d0%b3%d0%be-%d0%b7%d0%b0%d1%80%d1%8f%d0%b4%d1%83/.

Аналіз даних

Дійдіть висновків щодо властивостей отриманого вами зразку електрету.