Piezoelektrisk effekt
Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 11 oktober 2019; kontroller kräver 6 redigeringar .Piezoelektrisk effekt (från grekiskan πιέζω ( piézō ) - jag trycker, klämmer) - effekten av förekomsten av dielektrisk polarisering under inverkan av mekaniska spänningar ( direkt piezoelektrisk effekt ). Det finns också en omvänd piezoelektrisk effekt - förekomsten av mekaniska deformationer under påverkan av ett elektriskt fält .
Med den direkta piezoelektriska effekten leder deformationen av det piezoelektriska provet till uppkomsten av en elektrisk spänning mellan ytorna på den deformerbara solida kroppen, med den omvända piezoelektriska effekten orsakar appliceringen av stress på kroppen dess deformation.
Historik
Den direkta effekten upptäcktes av bröderna Jacques och Pierre Curie 1880 [ 1] . Den omvända effekten förutspåddes 1881 av Lippmann på grundval av termodynamiska överväganden. Samma år upptäcktes den experimentellt av bröderna Curie.
Fenomenets fysik
Piezoelektriska material har alltid både direkta och omvända piezoelektriska effekter samtidigt. Det är inte nödvändigt att ämnet är en enkristall, effekten observeras även i polykristallina ämnen som förpolariserats av ett starkt elektriskt fält under kristallisation, eller under en fasövergång vid Curie-temperaturpunkten vid kylning för ferroelektriska ämnen (till exempel keramik). piezoelektriska material baserade på blyzirkonat-titanat ) vid överlagrat yttre elektriskt fält.
Den totala energin som tilldelas det piezoelektriska elementet av en yttre mekanisk kraft är lika med summan av den elastiska deformationsenergin och laddningsenergin för det piezoelektriska elementets kapacitans. På grund av den piezoelektriska effektens reversibilitet uppstår en piezoelektrisk reaktion: den elektriska spänningen som har uppstått på grund av den direkta piezoelektriska effekten skapar (som ett resultat av den omvända piezoelektriska effekten) mekaniska spänningar och deformationer som motverkar yttre krafter. Detta manifesteras i en ökning av styvheten hos det piezoelektriska elementet. Om den elektriska spänningen som uppstår på grund av den piezoelektriska effekten elimineras, till exempel genom att kortsluta det piezoelektriska elementets elektroder, kommer den omvända piezoelektriska verkan inte att observeras och det piezoelektriska elementets styvhet kommer att minska [2] .
Studier av den piezoelektriska effekten har visat att den förklaras av egenskapen hos den elementära cellen i materialstrukturen. Eftersom enhetscellen är den minsta symmetriska enheten av material, genom att upprepa den många gånger, kan en mikroskopisk kristall erhållas. En nödvändig förutsättning för uppkomsten av den piezoelektriska effekten är frånvaron av ett symmetricentrum i enhetscellen [3] .
Ledare har ingen piezoelektrisk koefficient, för när man applicerar mekanisk spänning (för framåt) och elektrisk (för back), kommer laddningen att kompenseras av det ledande mediet.
Ej att förväxla med andra fenomen
- Den piezoelektriska effekten ska inte förväxlas med elektrostriktion . Till skillnad från elektrostriktion observeras den direkta piezoelektriska effekten endast i kristaller utan symmetricentrum . Även om det inte finns något symmetricentrum i klass 432 av det kubiska systemet , är piezoelektricitet också omöjligt i det. Därför kan den piezoelektriska effekten observeras i dielektriska kristaller som tillhör endast en av de 20 klasserna av punktgrupper .
- Den piezoelektriska effekten ska inte förväxlas med den piezoresistiva effekten..
Användningen av den piezoelektriska effekten inom teknik
Den direkta piezoelektriska effekten används:
- i piezoelektriska kraftgeneratorer för olika ändamål:
- i piezo-tändare , för att få en hög spänning på gnistgapet från rörelsen av ett finger;
- i en kontakt piezoelektrisk säkring (till exempel för RPG-7 rundor );
- i sensorer :
- som ett kraftkänsligt element (ju större kraft, desto högre spänning på kontakterna), till exempel i kraftmätande sensorer, trycksensorer för vätskor och gaser;
- som ett känsligt element i mikrofoner , hydrofoner , pickuphuvuden för elektrofoner , ekolodsmottagande element ;
Den omvända piezoelektriska effekten används:
- i akustiska sändare:
- i piezokeramiska ljudsändare (effektiva vid höga frekvenser och har små dimensioner; sådana är till exempel inbyggda i musikkort, olika förkunnare som används i olika hushållsapparater - från klockor till köksapparater );
- i ultraljudsstrålare för luftfuktare , ultraljudshydrobehandling (särskilt ultraljudstvättmaskiner och industriella ultraljudsbad);
- i ekolodssändare ( ekolod );
- i system med mekaniska rörelser (aktivatorer):
- i ultraprecisa positioneringssystem, till exempel i ett nålpositioneringssystem i ett skanningstunnelmikroskop eller i en positionerare för att flytta ett hårddiskhuvud [4] ;
- i adaptiv optik , för att böja den reflekterande ytan på en deformerbar spegel.
- i piezoelektriska motorer ;
- för att leverera bläck i bläckstråleskrivare .
Direkta och omvända effekter används samtidigt:
- i kvartsresonatorer som används som frekvensstandard;
- i piezotransformatorer för att ändra den högfrekventa spänningen.
- i enheter baserade på effekten av akustiska ytvågor :
- i ultraljudsfördröjningslinjer för elektronisk utrustning;
- i sensorer på akustiska ytvågor .
Piezoelektriska egenskaper hos bergarter
Vissa mineraler av bergarter har en piezoelektrisk egenskap på grund av det faktum att de elektriska axlarna för dessa mineral inte är slumpmässigt placerade, utan är orienterade huvudsakligen i en riktning, därför ändarna på de elektriska axlarna med samma namn ("plus" eller "minus" ”) är grupperade. Denna vetenskapliga upptäckt gjordes vid Institute of Physics of the Earth av sovjetiska forskare M. P. Volarovich och E. I. Parkhomenko och registrerades i USSR : s statliga upptäcktsregister under nr och kristallbärande vener, som åtföljs av guld , volfram , tenn , fluorit och andra mineraler [5] .
Se även
Länkar
- ↑ Ioffe AF. Pierre Curie // Framsteg inom fysikaliska vetenskaper . - Ryska vetenskapsakademin , 1956. - T. 58 , nr 4 . - S. 572-579 .
- ↑ D . MEN . Negrov, E. N . Eremin A. MEN . Novikov L. MEN . Shestel. ULTRALJUDSVIBRATIONSSYSTEM FÖR SYNTES AV POLYMERKOMPOSITMATERIAL Monografi // Omsk Publishing House OmSTU. - 2012. Arkiverad 17 maj 2017.
- ↑ Piezoelektrisk effekt, piezoelektriska material och deras egenskaper. . Tekniska lösningar. Hämtad 24 februari 2014. Arkiverad från originalet 27 februari 2014.
- ↑ Utveckling av piezoelektrisk mikroaktuator för hårddiskhuvud . Hämtad 12 februari 2012. Arkiverad från originalet 2 juni 2012.
- ↑ Vetenskaplig upptäckt "Piezoelektriska egenskaper hos stenar" . Hämtad 12 februari 2012. Arkiverad från originalet 4 februari 2012.
 Ordböcker och uppslagsverk | |
|---|---|
| I bibliografiska kataloger |