Электрические и магнитные свойства минералов и горных пород

К основным относятся:

1) удельное электрическое сопротивление

где А – постоянная, характерная для данного минерала (Ом∙м)^-1;

Э_а – энергия, которую необходимо затратить на освобождение заряда от связей в кристаллической решетке (энергия активации), Дж;

К – постоянная Больцмана (К=1,38∙10^-23 Дж/К);

Т – температура, К.

В зависимости от энергии активации минералы и горные породы деляться: на проводники Э_а<<КТ

на полупроводники Э_а≈КТ

на диэлетрики Э_а >>КТ

Для минералов: С повышением температуры удельное сопротивление минералов уменьшается по экспоненциальному закону вплоть до температуры плавления. При температуре плавления удельное сопротивление минералов скачкообразно уменьшается (в диэлектриках на несколько порядков). В области отрицательных температур удельное электрическое сопротивление минералов возрастает по той же зависимости.

Для горных пород: с повышением температуры до 80-120˚С удельное электрическое сопротивление падает, затем начинает повышаться, достигая максимума при температуре 180-220˚С и при дальнейшем нагреве уменьшается по экспоненциальному закону вплоть до температуры плавления.

2) диэлектрическая проницаемость

минералов и горных пород с увеличением температуры увеличивается. Увеличение диэлектрической проницаемости при нагреве до 573-773 К (300-500˚С) происходит примерно на порядок по сравнению с естественной температурой. Это объясняется изменением ионной поляризации минералов и пород в связи с изменением расстояния между ионами в кристаллической решетке при тепловом расширении. Диэлектрическая проницаемость рыхлых и связанных пород с понижением температуры уменьшается, причем для водонасыщеного песка по экспоненциальному закону, а для глин и суглинков эта закономерность носит одноступенчатый характер с наличием пологой площадки в интервале температур от 266-268 К до 253-255 К (от минус 5-7 ˚С до минус 18-20˚С).

3) тангенс угла диэлектрических потерь (коэффициент диэлектрических потерь) tgδ с повышением температуры увеличивается по экспоненциальному закону. Зависимость tgδ для рыхлых и связанных водонасыщенных пород в области температур Т<273 К носит экстремальный характер. С увеличением количества высокодисперсных частиц экстремум сдвигается в сторону более низких температур.

4) магнитная восприимчивость

абсолютное большинство минералов и пород относится к пара- и диамагнетикам, у которых магнитная проницаемость равна единице. Для этих пород магнитная проницаемость не зависит от температуры. К ферромагнетикам, у которых магнитная проницаемость больше единицы, относится следующие минералы: магнетит, пирротин, титаномагнетит. К антиферромагнетикам относится минералы, у которых магнитная проницаемость не отличается от парамагнетиков, но при определенных температурах у них наблюдается аномальный скачок магнитной восприимчивости (пиролюзит, гематит, сидерит).

При повышении температуры магнитная проницаемость ферромагнетиков уменьшается и при температуре Кюри приближается к единице. Многие антиферромагнетики (гематит, сидерит) при нагревании до 873-823 К (600-650 ˚С) в результате окислительно-восстановительных реакций переходят в ферромагнетики, и, естественно, их магнитная восприимчивость при этом становится больше единицы.