7. Сумарна поляризація і діелектрична проникність

Сумарна поляризація складається з різних видів поляризації, можливих у даного мінералу або породи при певних частоті електричного поля, температурі і тиску. Найбільших значень вона досягає у електронно-іонно-провідних та структурно-неоднорідних порід в постійному, досить напруженому і довгостроково діючому електричному полі, при низьких температурах і тисках. Середня результуюча поляризація (алгебраїчна сума окремих видів поляризації) електронно-іонно-провідних порід:

Зокрема, при дуже великій частоті поля, що перевищує 10¹¹ Гц, поляризація породи пов'язана тільки з швидкими видами поляризації (електронної, атомної і іонної), і тому вона мінімальна. При частоті поля 10²-10¹¹ Гц можливі такі види поляризації, як релаксаційна і міграційна (об'ємна), у зв'язку з цим поляризація розглянутої породи зростає. І нарешті, в постійному довгостроково діючому полі можуть виникати і інші повільні види поляризації, внаслідок чого сумарна поляризація досягає максимальних значень. Сумарна поляризація пропорційна середній напруженості Е_ср електричного поля, тобто де n - число диполів в одиниці об'єму породи; a₀ - середній умовний коефіцієнт (поляризуючість) породи, значення якого зменшуються зі збільшенням однорідності породи та зростанням частоти поля, температури і тиску. Всі види поляризації, що встигли розвинутися за час τ обробки порід струмом, сприяють виникненню в них внутрішнього поля, яке спрямоване обернено до прикладеного поля. Внаслідок цього напруженість Е_ср прикладеного до породи електричного поля послаблюється в порівнянні з напруженістю Е_0ср середнього поля у вакуумі. Ослаблення характеризує безрозмірна величина , названа діелектричною проникністю. Вона показує, у скільки разів напруженість електричного поля в діелектрику(породі) послаблюється в порівнянні з його напруженістю у вакуумі. При заданому значенні Е_ср діелектрична проникність визначає поляризацію тільки відносно слабко провідних середовищ. У добре провідних речовинах заряди будуть переміщатися(мігрувати) до вирівнювання їх потенціалів, тобто до того, як різниця потенціалів U між зарядами виявиться рівною нулю. Це послаблює взаємодію зарядів і призводить до того, що в природних провідниках і добре провідних напівпровідниках Е_ср = U/ d ~ 0 (d - пройдений зарядом шлях), а е прямує до нескінченності.

Магнітні властивості гірських порід

8. Основні магнітні характеристики діа-, феро- і парамагнітних мінералів

Магнітна сприйнятливість - безрозмірна величина, що характеризує зв'язок намагніченості речовини (яка для однорідно намагнічених тіл, якими є кристали, являє собою магнітний момент М одиниці об'єму) з магнітним полем у цьому речовині (характеристикою магнітного поля служить його напруженість). Магнітна сприйнятливість мінералів чисельно визначається як відношення намагніченості (магнітного моменту) до напруженості магнітного поля:% = М / Н. Якщо магнітна сприйнятливість речовини негативна, тобто речовина намагнічена проти поля і виштовхує з себе його силові лінії, то воно відноситься до діамагаетікам; мага злегка відштовхує від себе діамагнітні мінерали. При малій позитивної магнітної сприйнятливості (п * 10 ~ 4-n ° 10 "6) речовина є парамагнетиками; воно намагнічується по полю. Магнітна сприйнятливість діа і парамагнетиків майже не залежить від напруженості магнітного поля (така залежність проявлется тільки при дуже великих значеннях Н, тобто в дуже сильних полях, і при низьких температурах).

А ось у феромагнетиках значення магнітної сприйнятливості досягають десятків, сотень і навіть декількох тисяч одиниць і дуже сильно залежать від величини Н. Магнетизм феромагнетиків обумовлений особливою іонної магнітною структурою - повністю впорядкованої взаімнопарал лельно орієнтацією всіх магнітних моментів (диполів), які вишиковуються в одному напрямку, який називають віссю легкого намагнічення. Якщо ж орієнтація магнітних диполів антипаралельних, тобто поблизу кожного з них розташований компенсуючий (спрямований у протилежний бік), так що результуючий магнітний момент дорівнює нулю, речовина називається антиферомагнетиках. Але у деяких антиферомагнетиків все ж спостерігається слабкий феромагнетизм, обумовлений нестрогой антипаралельних магнітних диполів; серед мінералів до такого роду слабким феромагнетиків відносяться, наприклад, гематит та родохрозіт МпСО3, а також деякі ільменіт ти FeTiO3 зі структурами розпаду твердого розчину ільменіт-гематит, т.е . з закономірно орієнтованими вростками гематиту. Вже при невеликих негативних температурах слабкі ферромагнетики часто переходять у сильні. Діамагнітними є мінерали з переважанням ковалентного зв'язку, а також містять іони з електронною конфігурацією благородних газів. До числа діамагнітних мінералів відносяться, наприклад, галіт, сильвін, кальцит, самородні золото, срібло, мідь, вісмут і ін У діамагнітних кристалах магнітні моменти окремих електронів взаємно компенсуються, і тому залишковий магнітний момент відсутня. Парамагнітні мінерали містять іони з некомпенсованими магнітними моментами і виявляють невеликий залишковий магнітний момент. Зазвичай в таких мінералах присутні парамагнітні іони заліза і / або марганцю. Магнітна сприйнятливість - векторна властивість і, отже, залежить від типу кристалічної структури; це особливо помітно у парамагнітних мінералів, магнітна сприйнятливість яких, виміряна вздовж і впоперек кристалів, може помітно розрізнятися (вдвічі і більше).