Comprova la piroelectricitat de la turmalina

Una propietat poc coneguda d'alguns minerals (o cristalls en general) és la piroelectricitat. Es tracta de la polarització electrostàtica de cristalls allargats, per l'acció de la temperatura.

Aquest fenomen va ser descobert per pur atzar quan un cristall acicular de turmalina va caure damunt de cendra calenta. En retirar el cristall, part de la cendra va quedar adherida a la punta del mateix. En 1883, el físic Alemany August Kundt va posar en evidència aquesta propietat espolvorejant sobre un cristall calent de turmalina, una mescla molt fina de sofre i mini (òxid roig de plom) El sofre s'electritza negativament i el mini positivament. En quedar electritzades les dues puntes del cristall, les dues substàncies s'adherien al mateix en puntes contràries.

Aquesta propietat es dóna en cristalls dotats d'eixos polars. Els extrems d'aquests eixos es carreguen amb electricitat de signe oposat, mentre  s'esclafa el cristall i mentre es refreda (amb inversió de pols), però no si la temperatura roman estacionària.

 

Mostrar imatge

Separació de càrrega elèctrica en un cristall prismàtic d'elbaïta (turmalina)

 

 

Mostrar imatge 

Cristalls prismàtics d'elbaïta trobats a Minas Geraes (Brasil)

 

L'experiència senzilla que presentem pot fer-se perfectament en un laboratori escolar o bé per un col·leccionista de minerals que disposi del següent material:

- Cristalls allargats de turmalina verda (elbaïta).

- Fil de cotó

- Suport per a penjar el mineral del fil

- Placa calefactora.

- Vareta de plàstic

- Vareta de vidre

- Tros de llana o "pell de gat"

- Tros de seda natural.

- Pèndul electrostàtic (o bé trossets de medul·la de saüc, o també serveixen petits trossets de paper).

 

Primera experiència: Posar en evidència el dipol elèctric:

Amb el fil es lliga la turmalina per la meitat. Cal fer-ho de manera que agafant el fil, el cristall penjat estigui completament equilibrat. Preparar el suport de tal manera que s'hi pugui penjar el fil.

Posar el cristall sobre la placa durant uns segons. S'ha d'anar provant el temps d'escalfament, que sigui suficient però no massa per evitar trencar la peça. Mitjançant el fil, el cristall, treure'l de la placa i penjar-lo en el suport. Procurar que el cristall estigui quiet.

Ara hem de fregar molt suaument el plàstic amb la llana. Apropar-lo al pèndol. Ha d'atraure'l. Acostar-lo al cristall. Aquest girarà de  tal maneta que el pol positiu s'orienti cap a la vareta de plàstic, carregada negativament. Tot seguit cal fregar amb força la vareta de vidre amb la seda (costa bastant electritzar el vidre). Provar amb el pèndol i, quan ja demostri la seva càrrega, cal apropar-lo al cristall. En aquest cas és l'altre pol (el negatiu) el que s'orienta cap el vidre que és positiu.

Hem de tenir la precaució de no carregar massa la vareta de  plàstic. Pot atraure el fil de cotó i crear torsions que mourien el cristall d'una forma completament imprevista,  fallant per això l'experiència.  

 

Segona experiència: Interaccions entre dipols.

Necessitem dos cristalls de turmalina lligats amb el seu fil de cotó. Escalfarem el dos en la placa. Penjarem un d'ells i, amb la ma, agafarem l'altre (pel fil) i, estant ben quiet,  l'aproparem al primer. Podrem veure la repulsió de pols iguals i l'atracció de pols diferents.