Чёрный из пегматита

[Бурлаков Богдан]

Быть может лучше подойти к пироэлектричеству от обратного - поместить образец в сильное электрическое поле и измерять изменение его температуры? По идее, если это турмалин, то должно получиться... 

[Метвед]

Пироэлектричество это просто (поляризация диэлектрика при нагреве) но таким варварским методом да ещё китайским мультиметром
измерить эту поляризацию не получится 

Нужен конденсатор  с ёмкостью как минимум соизмеримой с ёмкостью измерительной цепи.  А у вас там ёмкость (кристалл приличной толщины с точечными контактами) менее пикофарады что там измеришь даже электрометром.

Возни много, но в принципе... - берёте тот кристалл пришлифовываете хорошо образованную грань серебрите её (если нет возможности напылить металл в вакууме можно химически) и клеите намертво электропроводным клеем на металлический держатель,
потом сошлифовываете до толщины диэлектрика чем меньше тем лучше (но без фанатизма) серебрите вторую обкладку и лепите к ней на тот же клей второй контакт. Вуаля, конденсатор готов, можно измерить ёмкость (китайский мультиметр годится).

Ну и всё, подключайте его к электрометру (такой  вольтметр с очень большим входным сопротивлением) и грейте.

[Бурлаков Богдан]

Медвед, а не будет ли такой конденсатор иметь очень большой тангенс угла потерь? Ведь в исследуемом образце очень много носителей свободных электронов, например железа. Как бы вся та энергия, которая преоразуетя из тепловой в электрическую, не рассеялась на собственном сопротивлении этого конденсатора...

Чувствую я, что в данном случае, с пироэлектричеством мне ничего не светит 

[Метвед]

Да и фиг с ним с тангенсом угла потерь нам же его не в цепях токов высокой частоты эксплуатировать лишь бы диэлектрик был тот кристалл а не проводник (сопротивление утечки должно быть таким так чтобы постоянная времени саморазряда превышала постоянную времени нагрева).

[Бурлаков Богдан]

Есть у меня среди этих "чёрных" образцов один более ли менее плоский, миллиметра 4 толщиной, попробую его сточить хотя бы до 1 миллиметра (если не раскрошится) и зажать между посеребрённых пластин. Правда площадь пластин будет не более 1 см^2, так, что ёмкость этого конденсатора вряд ли окажется более десятка пикофарад. Есть у меня старый прибор для измерения межэлектродных ёмкостей радиоламп, думаю он сможет измерить...

А как Вам идея с измерением температуры образца при воздействии на него сильным электрическим полем? Термодатчик как раз можно использовать от китайских мультиметров, такой, с маленьким биметаллическим шариком на конце. Взять образец, тонким алмазным свёрлышком сделать в нём углубление в котором этот шарик и закрепить... 

[Метвед]

Десять пикофарад в принципе достаточно чтобы эффект был заметен. Вообще, можно не греть (это долго и не точно).
Все пироэлектрики являются одновременно и пьезоэлектриками (но не наоборот). Сделайте конденсатор из вашего кристалла подключите его к вертикальным отклоняющим пластинам любого осциллографа (лучше через щуп-делитель 1:10 входная ёмкость тоже уменьшается в 10 раз) и легонько постукивайте по конденсатору - пьезоэффект будет хорошо заметен.

В обратную сторону (нагрев за счёт статического поля) ничего не получится.

[ХБУ]

Начинать все эти пляски с бубнами надо не с вашего черного, а с заведомого турмалина. Если с ним эффект будет заметен, переходите к своему образцу-загадке.

[Duke]

Бесперспективно на мой взгляд, для начала надо бы выделить монокристалл и ориентировать его нужным образом, в случае его прозрачности можно было бы сделать на оптическом гониометре, а так... Очень сложный и малопоказательный эксперимент.
Отчего не отснять дифракцию по методу порошка? Можно было бы однозначно решить вопрос.

[Метвед]

Сразу два конденсатора делать по возможности одинаковыми и сравнивать.   

[Метвед]

Бесперспективно на мой взгляд, для начала надо бы выделить монокристалл и ориентировать его нужным образом, в случае его прозрачности можно было бы сделать на оптическом гониометре, а так... Очень сложный и малопоказательный эксперимент.
Отчего не отснять дифракцию по методу порошка? Можно было бы однозначно решить вопрос.

Не обязательно монокристалл эффект не будет заметен только в случае совсем уж мелкокристаллического порошка разориентированного строго хаотически а если несколько кристаллов то даже лучше не надо точно определять ориентацию нам же не максимальную поляризацию а просто проверить наличие пироэлектрического (и пьезоэлектрического) эффекта.

[Бурлаков Богдан]

Да, товарищи, похоже, что этот "чёрный" действительно турмалин. Вчера на скорую руку провёл такую "пляску с бубном". Взял покрупней кусочек "чёрного" (как раз один образец оказался с околопараллельными гранями), приполировал ему бока и зажал в кристаллодержателе между двумя медными пластинами. Подключил вольтметр китайский на пределе измерения 200 мВ и поднёс газовую горелку. И вот те на  - напряжение (!) порядка 100 мВ. Тот же опыт провёл и с крутобалковским шерлом, получив похожие результаты.
В этих экспериментах обнаружил интересную штуку. Оказалось, что пироэлектрический эффект не столько зависит от самой температуры, сколько от скорости её изменения. Выходит, что кристалл реагирует только на "тепловые волны", так как просто горячий кристалл никакого электричества не проявляет.
В сети (буквально по третьей ссылке в поисковике) нашел все теоретические выкладки по пироэлектричеству, формул там разных много, но попробую разобраться во всём этом и провести более граммотные эксперименты. 

Ещё из наблюдений в пользу турмалина. Взял маленький кусочек "чёрного" и крутобалковского шерла, зажал в струбцинки и основательно прогрел горелкой. Никогда ранее не видел как кипит поверхность кристалла  , как по мне то это очень захватывающее зрелище. В общем, нагретые поверхности обоих образцов кипели очень похоже, даже одинаково. Правда после того как они остыли обнаружилась заметное различие в оплавленных поверхностях. У крутобалковского шерла она белая, более гладкая и стеклоподобная, а у "чёрного" серая, металловидная, очень похожая на окалину.

Ниже фотографии эксперимента с вольтметром. Первое фото - холодный кристалл, второе при воздействии температуры.

[Duke]

Вы абсолютно уверены, что это именно пироэлектричество кристалла, а не термо-ЭДС контактных пар металлов у вас измеряется? Со стеклом (такого же размера), к примеру, эффекта нету?

[Бурлаков Богдан]

Duke, Вы правы. Провёл этот опыт со стеклом - похожий эффект. Выходит, что это напряжение образовано контактной парой медь-латунь?
Я к чему спрашиваю. Сегодня подготавливал более аккуратный эксперимент - изготовлял обкладки для образцов и обтачивал кристаллы. Обкладки сделал из основательно посеребрённой латуни, а отводы от них из медной фольги, которую приварил к обкладкам точечной сваркой (много точек). Не получится ли опять та же ерунда с термо-ЭДС? Быть может отводы тоже из латуни делать? Если я их припаяю оловяно-свинцовым припоем, то это не повредит эксперименту? Или лучше сварка?

... и клеите намертво электропроводным клеем... 

Подскажите, как называется этот клей? На сколько он устойчив к высоким температурам?
Кстати о температурах. На сколько она должна быть высокой? Если я оразцы буду греть не горелкой, а намотанным вокруг них нихромом, раскалённым электрическим током... И температуру регулировать удобно и скорость её наростания, быть может даже зависимости снять получится...

Немного про образцы. Первый образец - "чёрный". Площадь контактной поверхности порядка 80 мм^2, толщина 6 мм. Второй - крутобалковский шерл. Контактная поверхность 50 мм^2, толщина 4 мм.
Не слишком ли толстые? Ещё точить? Образец "чёрного" трещиноват, как бы не раскололся...

Есть ли где нибудь данные по диэлектрической проницаемости природных турмалинов и их прироэлектрическим коэффициентам?

[Метвед]

Мультиметр китайский не годится для измерения пироэлектрической поляризации диэлектрика на любом пределе измерений
потому что это на самом деле обычный микроамперметр с последовательным резистором (с набором резисторов) то есть он всегда измеряет ТОК а не напряжение и чтобы измерить напряжение от источника надо отбирать ток порядка микроампер.

Постоянная времени пикушечного конденсатора (кристалл с обкладками) с параллельно подключённым входным сопротивлением мультиметра порядка микросекунд  а постоянная времени нагрева кристалла секунды, ничего тот мультиметр не измерит даже если там будет добрый монокристалл турмалина способный выдать многие тысячи вольт/cм  поляризации при нагреве.

Нужен ЭЛЕКТРОМЕТР с входным сопротивлением  не ниже 10^12  Ом. 

Если такого нет, годится любой осциллограф у которого имеется выход пластин вертикальной развёртки с возможностью отключения
усилителя вертикальной развёртки.  То есть, сигнал с конденсатора надо подавать напрямую на вертикальные отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки.

Электропроводный клей годится любой, хоть эпоксидка с подмешанным в качестве наполнителя порошком графита (но в принципе, вы уже и без клея законтачились). Греть горелкой НЕ НАДО (пламя горелки прекрасный проводник тока) и сильно греть тоже НЕ НАДО (диэлектрик должен оставаться диэлектриком)  можно воспользоваться феном.  Ста градусов нагрева вполне достаточно.

В ваших опытах, именно это и произошло -  нагрев в электропроводящем и химически отнюдь не нейтральном в разных зонах пламени горелки.   Аж кристалл зашкворчал 

Проведите нехитрый эксперимент, возьмите тот же мультиметр на том же пределе 200 милливольт и суньте его щупы (надо намотать на них куски проволоки чтобы не портить вещь)  в пламя горелки без всякого кристалла.  С удивлением вы увидите что показания мультиметра перестанут быть  нулевыми  и будут меняться в зависимости от вноса-выноса проволок в пламя и их перемещении в пламени.   

[Метвед]

Немного про образцы. Первый образец - "чёрный". Площадь контактной поверхности порядка 80 мм^2, толщина 6 мм. Второй - крутобалковский шерл. Контактная поверхность 50 мм^2, толщина 4 мм.
Не слишком ли толстые? Ещё точить? Образец "чёрного" трещиноват, как бы не раскололся...

Есть ли где нибудь данные по диэлектрической проницаемости природных турмалинов и их прироэлектрическим коэффициентам?

Пироэлектрическая поляризация измеряется в вольтах на сантиметр и если ваши кристаллы вообще обладают пироэлекрическим эффектом при таких размерах образцов как у вас можно легко получить десятки и сотни вольт разность потенциалов если эффект вообще есть НО измерять её следует электрометрическими методами (без отбора тока).  Любой подключённый к очень малой ёмкости кристалла с обкладками резистор разряжает наведённый за счёт поляризации диэлектрика заряд, тем быстрее чем меньше значение сопротивления.  У идеального электрометра входное сопротивление равно бесконечности а у реальных должно быть не ниже тераом (выше чем 10^12 Ом).