В 1943 году во время боевых действий на Тихом Океане американский флот захватил японский эсминец. Для изучения вражеской техники на корабль прибыли специалисты флота, осмотрели все - от трюма до капитанской рубки. Связист подробно изучил систему телефонной связи, она работала как часы.
Одного он не мог понять, как система может работать без источника питания, ни батарей, ни аккумуляторов не было и в помине! Физики разобрались в принципе работы телефонной связи на японском корабле. Ее работа стала возможной благодаря открытию японского физика Егучи, еще в 1922 году получившему новые материалы - электреты (с 1922 года работу с электретами Егучи проводил в обстановке строжайшей секретности для Министерства обороны Японии).
Электреты - это поляризованные диэлектрики, состоящие из жестких электрических диполей, которые в электрическом поле напряженностью около 10 000 В/см переводятся в аморфное твердое состояние и сохраняют поляризацию длительное время. Таким образом, электреты являются аналогом постоянного магнита, но обладают не магнитным полем, а электростатическим полем. Егучи получал электретные материалы из смеси смолы карнаубской пальмы и воска. Нагрев смесь до расплавленного состояния Егучи подал на нее напряжение 10 кВ, после застывания таблетка электрета сохраняла электростатический заряд высокой напряженности в течение нескольких часов. Современные электреты могут сохранять заряд до 100 лет, величина заряда достигает 5*10-8 Кл/см2 .
По современной классификации этот электрет относится к классу термоэлектретов. В настоящее время электреты получают из таких материалов как: - политетрафторэтилен (макс. поверхн. потенциал 527 В);
• полиметилметакрилат (3965 В);
• рутиловая керамика;
• смолы;
• воск;
• полимеры;
• титанаты щелочноземельных металлов.
Электреты также можно получать из растворов органических веществ в летучих растворителях. Далее в практикуме приводится рецептура электрета, который можно получить из канифоли (можно использовать воск, парафин, практически все известные органические и неорганические диэлектрики могут быть переведены в электретное состояние).
Рецептура N1
Получение электрета (Опыт Егучи)
Нагреваем 2-5 г касторового масла до температуры 75-90 оС и высыпаем в него при помешивании 50 г мелкоизмельченной канифоли (если возится неохота, то возьмите и используйте парафин вместо канифоли и масла, расплавьте его и поместите между электродами - после остывания электрет готов). После чего расплав наливаем в плоскую баночку (стеклянную) или на предметное стекло и помещаем его между электродами, на которые подается напряжение от высоковольтного выпрямителя (5-10 кВ) или электростатической машины. Толщина слоя диэлектрика должна быть менее 4 мм. После остывания канифоль достается из баночки. Ёлектрет готов.
Докажем, что электростатическое поле электрета имеет высокую напряженность. Если около неоновой лампочки быстро провести электретом, то она ярко вспыхнет, так как при пересечении лампой линий электростатического поля на электродах лампы наводится переменное высокое напряжение и лампа начинает светиться. Застывший диэлектрик - электрет способен сохранять заряд в течение нескольких суток. Хранить электреты можно завернутыми в алюминиевую фольгу.
Более стабильные электреты можно получить при нагреве диэлектриков до температуры меньшей или равной температуре плавления, а затем охлаждая их в сильном электрическом поле. При застывании органических растворов в сильном электрическом поле получают так называемые "криоэлектреты". Существуют и другие разновидности электретов: фотоэлектреты, трибоэлектреты и др.
Рецептура N2
Вместо канифоли и касторового масла можно между электродами в баночке поместить какой-нибудь полимер (т.е. пластмассу: например капрон), растворенный в небольшом количестве растворителя, подать высокое напряжение и после полного испарения растворителя - электрет готов.
В настоящее время электреты широко применяются для изготовления микрофонов, акустических излучателей и тахометрических датчиков. Из электрета можно изготовить запускающее устройство для включения ламп дневного света (у которых сгорели спирали). Схема включения лампы стандартная (с дросселем, кнопка на размыкание, выводы спиралей замкнуты, стартер убран).