焦電効果

焦電効果とは

焦電効果（しょうでんこうか、英: pyroelectric effect）は、温度の変化によって誘電体の分極、すなわち表面に現れる電荷の状態が変わる現象を指します。この効果を示す物質は焦電体と称され、これらは圧電効果をも示すため、圧電体の一種とも位置づけられています。また、すべての強誘電体は焦電体でもあります。興味深いことに、電気石にこの名前が付けられたのは、彼らが焦電効果を示す特性を持っているからです。

この「焦電」という言葉は1824年に物理学者のブリュースターによって名付けられました。彼はギリシャ語で「火」を表す「pyro」にちなみ、この現象に関連する名を付けたのです。さらに、焦電気は他にパイロ電気やピロ電気とも訳され、いくつかの異なった表記が存在します。

焦電効果のメカニズム

焦電効果が観察される物質、例えば電気石や酒石酸などの誘電体の結晶に温度変化が加わると、その表面には正負に分極した電荷が生成されます。これは、特定の端がプラスに帯電し、もう一方の端がマイナスに帯電する形で表れます。この現象から生じる電気を「焦電気」と呼びます。また、加熱によってプラスに帯電する側を同類端、マイナスに帯電する側を異類端と分類します。この効果は、1756年にドイツの物理学者フランツ・エピヌスによって初めて確認されたとされています。

焦電体の利用

焦電体は温度変化を検出する用途に幅広く利用されています。通常、焦電体は常温であっても分極した状態にありますが、表面にはイオンが吸着しているため、分極は目視することができません。しかし、温度が変化すると分極の状態も変わり、その変化に伴い電圧を発生させます。この特性を活用し、焦電素子が温度変化を電圧として取り出すことが可能です。

さらに、焦電体は集光レンズと組み合わせることで赤外線センサーとしての用途もあります。これにより、焦電体は赤外線領域の温度変化を敏感に検出し、高性能な温度センサーとして活用されています。

以上のように、焦電効果は温度変化と電気的な応答との関係を利用する重要な現象であり、様々な技術に応用されています。特に赤外線センサーとしての利用は、医療、環境モニタリング、産業用機器など多岐にわたる分野で必要とされています。今後さらに焦電体の特性を活かした新たな技術が開発されることが期待されています。

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