Поляризуемость горных пород. Пьезоэлектрический эффект

Помещенные в электрическое поле породы начинают взаимодействовать с ним в зависимости от свойств пород и интенсивности поля. При наличии свободных зарядов (электронов в твердых телах или ионов в жидкостях и расплавах) они начинают перемещаться, т.е. появляется электрический ток. В породах, не обладающих свободными зарядами, происходит либо смещение внутренних связанных зарядов и неполярные электрически нейтральные молекулы становятся полярными, либо происходит ориентирование молекул, обладающих дипольным моментом. В результате на поверхности образцов породы появляются заряды, ослабляющие внешнее поле. Это явление называется поляризацией породы.
В зависимости от типа частиц, вызывающих поляризацию, и механизма этого процесса выделяют несколько ее видов.
Электронная поляризация возникает вследствие упругого смещения и деформаций электронных оболочек атомов и ионов относительно ядер. Ионная поляризация — результат смещения ионов от положения равновесия в твердых диэлектриках с ионной кристаллической решеткой и в аморфных диэлектриках при наличии в них ионов. Дипольная, или ориентационная, поляризация вызывается поворотом ионов с полярной связью при помещении породы во внешнее поле. При отсутствии поля дипольные молекулы расположены хаотично и суммарный дипольный момент какого-либо объема равен нулю, т. е. поляризация отсутствует. В случае приложения внешнего поля молекулы начинают поворачиваться, но этому препятствуют внутренние связи между ними. Поэтому поляризация зависит от напряженности поля.
Пьезоэлектрический эффект минералов. К специфическим свойствам некоторых минералов и горных пород относится пьезоэффект. Это явление возникновения разноименных зарядов на противоположных гранях кристаллов под действием механических напряжений. Существует пропорциональная зависимость между плотностью зарядов или разностью потенциалов и механическими напряжениями.
Наиболее распространенными в природе минералами — пьезоэлектриками являются кварц, турмалин, сфалерит, нефелин (наиболее сильно эффект проявляется в жильном кварце и турмалине). Они используются в технике для изготовления пьезопреобразователей. Кроме того, применяются преобразователи из сегнетовой соли, титаната бария, цирконата-титаната свинца.
Для всех пьезоактивных веществ характерен обратный эффект: в случае приложения к граням пластины электрического поля происходит ее деформация, переменного напряжения — колебания. Каждая такая пластина обладает своей собственной частотой колебаний. При совпадении частоты поля с собственной частотой наступает резонанс. Это свойство пьезокристаллов широко используется в радиотехнике для усиления сигналов определенной частоты.

---