4. Особые электрические св-ва пород и минералов.

Как известно, существуют 32 кристаллографических класса минералов. Из них 11 классов имеют центр симметрии. Эти минералы не обладают никакими особыми электрическими свойствами и подчиняются рассмотренным закономерностям. Им, как и всем твердым телам, присуща электрострикция.

Электрострикция. Это явление возникает в породах под воздействием электрического поля. Оно заключается в деформировании диэлектриков и присуще всем породам. Причинами электрострикции являются, с одной стороны, давление на породу заряженных частиц, создающих поле и притягивающихся друг к другу, с другой — смещение ионов и электронов в породе, вызываемое полем. Электрострикция — явление, сопутствующее поляризации.

Механические напряжения, возникающие в результате электрострикции, прямо пропорциональны квадрату напряженности электрического поля. При небольших напряжениях поля величина электрострикции незначительна.

Пьезоэффект. Кристаллы поляризуются приложением к ним механических напряжений. Эффект присущ только некоторым кристаллическим минералам.

Так, нагрузив монокристалл кварца получают разноименные заряды на противоположных плоскостях. Этот эффект, в отличие от электрострикции, обратим: приложение к кварцу электрического поля вызывает деформацию кристалла (значительно большую, чем при электрострикции. Пьезоэффект, также в отличие от электрострикции, зависит от направления поля. Подача на плоскости кристалла переменных электрических полей приводит к его вибрации.

Наиболее значительная амплитуда колебаний кристалла появляется в случае, когда частота поля соответствует резонансной частоте кристалла. Эта частота определяется размерами кристалла.

Пироэлектрики. Десять кристаллографических классов из числа пьезоэлектриков имеют особенные оси, в положительном и отрицательном направлениях которых свойства кристаллов различны. Эти кристаллы спонтанно (самопроизвольно) поляризованы. Величина их поляризации зависит от температуры. При нагреве кристалла пироэлектрика один его конец заряжается положительно, другой — отрицательно. Охлаждение кристалла ведет к изменению знака заряда. Появление зарядов на поверхности пироэлектрика связано с дополнительным смещением диполей вдоль электрической оси под воздействием температуры. Пироэффокт обратим: в электрических полях, направленных по электрической оси кристалла, происходит его нагрев, в противоположных полях — охлаждение.

Сегнетоэлектрики. У части пироэлектриков направление самопроизвольной поляризации можно изменить внешним электрическим полем. Эта группа минералов носит название сегнетоэлектриков.

Так как сегнетоэлектрики спонтанно поляризованы, то даже при ничтожно малой напряженности поля величина их поляризации значительна. Поэтому они обладают исключительно большой диэлектрической проницаемостью (20 000 и более), которая сильно зависит от температуры и имеет аномальные значения в определенных температурных интервалах. Существует температура, выше которой сегнетоэлектрики теряют свою поляризацию — деполяризуются. Эта температура, называемая точкой Кюри, для каждого кристалла своя и находится в пределах 100-840 °К. В точке Кюри происходит перестройка кристаллической решетки — фазовый переход.

Сегнетоэлектрические свойства присущи минералам пирохлору, колеманиту, борациту, пиролюзиту и керамическим кристаллам.

В настоящее время особые электрические явления используются для получения информации о горных породах в геофизических методах разведки полезных ископаемых.

Трибоэлектрики. Практически все минералы — диэлектрики и слабые полупроводники способны поляризоваться при трении. Это явление называется трибоэлектричеством. Существует общая закономерность, согласно которой при трении двух диэлектриков друг о друга положительный заряд приобретает тот диэлектрик, у которого диэлектрическая проницаемость больше. Это явление находит применение в методах сепарации минералов.