10. Электрические свойства минералов. Классификация минералов по электропроводимости. Пироэлектрический, пьезоэлектрический, трибоэлектрический эффекты.

Электрические свойства минералов. К ним относятся: электрическое сопротивление, электрическая проводимость, термоэлектрический эффект(эффект Зеебека, Пельтье эффект, Томсона эффект), фотопроводимость, фотоЭДС, диэлектрическая проницаемость, трибоэлектрический заряд, пьезоэлектрические свойства, пироэлектрические свойства.

Электрическое сопротивление. Определение - величина характеризующая противодействие проводника электрическому току. Измеряется в r, ом.

Электропроводность – способность проводника переносить электрический заряд под воздействием внешнего электрического поля.

Все вещества по проводимости делятся на три группы:

1. Проводники ρ = >10⁴ ом^-1·см^-1;

2.Диэлектрики ρ = <10⁴ ом^-1·см^-1;

3. Полупроводники ρ = 10^-1 ом^-1·см^-1< ρ <10⁴ ом^-1·см^-1.

По типу проводимости на четыре группы:

1. Электронная (электронная, дырочная, смешанная);

2. Ионная (ионная, анионная, смешанная);

3. Смешанная (электронная, ионная);

4. Молионная (в коллоидах).

Электрические явления, связанные с выделением и поглощением тепла в проводниках.

Диэлектрическая проницаемость- физичекая величина, характери­зу­ющая диэлектрики. Диэлектрики – минералы, в которых длительное время может существовать электрическое поле, вещества плохо проводящие ток. Диэлектрическая проницаемость – (ε) показывает во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме.

Термоэлектрический эффект. При прохождении тока через различные среды происходят различные термические эффекты, которые могут возникнуть и в минералах, к ним относятся: Зеебека эффект – возникновение ЭДС(термоэдс) в электрической сети, состоящей из последовательно соединенных разных проводников, контакты между которыми поддерживаются при разных температурах (используется в термопарах). Пельтье эффект – выделение или поглощение тепла при прохождении тока через контакт двух разных проводников(используется в холодильниках). Томсона эффект – выделение или поглощение тепла при прохождении тока через проводник, в котором имеется перепад температуры.

Пироэлектрический эффект – возникновение спонтанной поляризации (у диэлектриков) при нагревании или охлаждении, накапливаются электрические заряды на поверхности кристаллов, при этом на одном конце положительные, а на другом – отрицательные (турмалин - используется для обнаружения инфракрасного излучения).

Электрические явления, возникающие при воздействии на вещества различными электромагнитными излучениями. К таковым относятся:

Фотопроводимость – увеличение проводимости минерала под воздействием света. Причина- увеличение концентрации носителей тока – электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне.

Фотоэлектродвижущая сила– возникновение ЭДС в минералах под воздействием электромагнитного излучения. Обусловлено отклонением от равновесия, существующего между электронами и атомным остовом вещества (кристаллической решеткой)

Фотолюминесценция – свечение минералов под воздействием светового пучка (ультрафиолетового света). Люминесцируют диэлектрики и полупроводники. Люминесценция - испускание фотонов при электронных переходах от возбужденного состояния в основное в центре. Центром люминесценции называется частица (ион), которая вместе с ближайшим окружением в кристаллах образует энергетическую систему. Люминесцирующие минералы: доломит CaCO₃, алмаз C, поллуцит, шеелит, минералы урана и др.

Методы изучения электрических свойств: проводимость измеряется – на специальных установках с учетом температурных зависимостей, термоЭДС – специальным термозондом под микроскопом; диэлектрическая проницаемость – разными методами градуировочным, иммерсионным, Больцмана-Билитцера и др.; люминесценция – на специальных микроскопах типа «Люмам».

Использование – в обогащении, разделение в электрических полях, разделение с помощью люминесценции; в технике, пиро-, пьезо- и трибоэлектрики в различных областях техники, особенно в радиотехнике.

Пьезоэлектрический эффект – возникновение электрических зарядов под воздействием на кристаллы давления и деформация кристаллов под воздействием электричества. Пьезоэлектриками являются минералы, не имеющие центра симметрии (кварц, топаз - пьезоэлектрические преобразователи радиочастот).

Трибоэлектричество- явление возникновения электрических зарядов при трении. Трибоэффект возникает в обоих трущихся минералах, их заряды одинаковы, но противоположны по знаку. Широко распространено в технологических процессах (при пересыпании порошковых материалов.), но часто не учитывается. По знаку заряда установлены ряд Фарадея: предыдущие вещества электризуются со знаком (+), а последующие со знаком (-): (+) мех- фланель- слоновая кость- перья- горный хрусталь- флинтглас- бумажная ткань- шелк- дерево- металлы- сера(-) и ряд Гезехуса (в котором минералы располагаются по убыванию твердости при этом знак заряда тот же : (+)алмаз- топаз- горный хрусталь- гладкое стекло- слюда- кальцит- сера- воск(-).

Триболюминесценция – явление свечения при раздавливании, растирании минералов (особенно люминофоров). Триболюминесценцию вызывают заряды, возникающие на поверхности кристалла при раскалывании кристаллической решетки.