Piezoelektrisk effekt
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 11. oktober 2019; checks kræver 6 redigeringer .Piezoelektrisk effekt (fra græsk πιέζω ( piézō ) - jeg trykker, klem) - effekten af forekomsten af dielektrisk polarisering under påvirkning af mekaniske spændinger ( direkte piezoelektrisk effekt ). Der er også en omvendt piezoelektrisk effekt - forekomsten af mekaniske deformationer under påvirkning af et elektrisk felt .
Med den direkte piezoelektriske effekt fører deformationen af den piezoelektriske prøve til udseendet af en elektrisk spænding mellem overfladerne af det deformerbare faste legeme, med den omvendte piezoelektriske effekt forårsager påføringen af stress på kroppen dens deformation.
Historie
Den direkte effekt blev opdaget af brødrene Jacques og Pierre Curie i 1880 [1] . Den omvendte effekt blev forudsagt i 1881 af Lippmann på baggrund af termodynamiske overvejelser. Samme år blev det eksperimentelt opdaget af Curie-brødrene.
Fænomenets fysik
Piezoelektriske materialer har altid både direkte og omvendte piezoelektriske effekter på samme tid. Det er ikke nødvendigt, at stoffet er en enkelt krystal, effekten ses også i polykrystallinske stoffer, der er præpolariseret af et stærkt elektrisk felt under krystallisation, eller under en faseovergang ved Curie-temperaturpunktet ved afkøling til ferroelektriske stoffer (f.eks. keramik piezoelektriske materialer baseret på blyzirkonat-titanat ) ved overlejret eksternt elektrisk felt.
Den samlede energi, der tildeles det piezoelektriske element af en ekstern mekanisk kraft, er lig med summen af den elastiske deformationsenergi og ladningsenergien af det piezoelektriske elements kapacitans. På grund af den piezoelektriske effekts reversibilitet opstår der en piezoelektrisk reaktion: Den elektriske spænding, der er opstået på grund af den direkte piezoelektriske effekt, skaber (som følge af den omvendte piezoelektriske effekt) mekaniske spændinger og deformationer, der modvirker ydre kræfter. Dette manifesteres i en stigning i stivheden af det piezoelektriske element. Hvis den elektriske spænding, der opstår på grund af den piezoelektriske effekt, elimineres, for eksempel ved at kortslutte det piezoelektriske elements elektroder, så vil den omvendte piezoelektriske virkning ikke blive observeret, og stivheden af det piezoelektriske element vil falde [2] .
Undersøgelser af den piezoelektriske effekt har vist, at den forklares af egenskaben af den elementære celle i den materielle struktur. Da enhedscellen er den mindste symmetriske materialeenhed, kan man ved at gentage den mange gange opnå en mikroskopisk krystal. En nødvendig forudsætning for fremkomsten af den piezoelektriske effekt er fraværet af et symmetricenter i enhedscellen [3] .
Ledere har ikke en piezoelektrisk koefficient, fordi når der påføres mekanisk stress (for fremad) og elektrisk (til omvendt), vil ladningen blive kompenseret af det ledende medium.
Må ikke forveksles med andre fænomener
- Den piezoelektriske effekt må ikke forveksles med elektrostriktion . I modsætning til elektrostriktion observeres den direkte piezoelektriske effekt kun i krystaller uden et symmetricenter . Selvom der ikke er noget symmetricenter i klasse 432 af det kubiske system , er piezoelektricitet også umulig i det. Derfor kan den piezoelektriske effekt observeres i dielektriske krystaller, der kun tilhører en af de 20 klasser af punktgrupper .
- Den piezoelektriske effekt må ikke forveksles med den piezoresistive effekt..
Brugen af den piezoelektriske effekt i teknologi
Den direkte piezoelektriske effekt bruges:
- i piezoelektriske kraftgeneratorer til forskellige formål:
- i piezo-lightere , for at opnå en høj spænding på gnistgabet fra bevægelsen af en finger;
- i en kontakt piezoelektrisk sikring (for eksempel til RPG-7- runder );
- i sensorer :
- som et kraftfølsomt element (jo større kraft, jo højere spænding på kontakterne), for eksempel i kraftmålende sensorer, tryksensorer til væsker og gasser;
- som et følsomt element i mikrofoner , hydrofoner , pickup-hoveder til elektrofoner , ekkolodsmodtagende elementer ;
Den omvendte piezoelektriske effekt bruges:
- i akustiske emittere:
- i piezokeramiske lydudsendere (effektive ved høje frekvenser og har små dimensioner; sådanne er for eksempel indbygget i musikkort, forskellige forkyndere, der bruges i forskellige husholdningsapparater - fra ure til køkkenapparater );
- i ultralydsudsendere til luftbefugtere , ultralydshydrobehandling (især ultralydsvaskemaskiner og industrielle ultralydsbade);
- i ekkolodsudsendere (ekkolod ) ;
- i systemer med mekaniske bevægelser (aktivatorer):
- i ultrapræcise positioneringssystemer, for eksempel i et nålepositioneringssystem i et scanningstunnelmikroskop eller i en positioner til at flytte et harddiskhoved [4] ;
- i adaptiv optik , til bøjning af den reflekterende overflade af et deformerbart spejl.
- i piezoelektriske motorer ;
- til levering af blæk i inkjet-printere .
Direkte og omvendte effekter bruges samtidigt:
- i kvartsresonatorer , der bruges som frekvensstandard;
- i piezotransformere for at ændre den højfrekvente spænding.
- i enheder baseret på virkningen af overfladeakustiske bølger :
- i ultralydsforsinkelseslinjer af elektronisk udstyr;
- i sensorer på akustiske overfladebølger .
Piezoelektriske egenskaber af klipper
Nogle mineraler af klipper har en piezoelektrisk egenskab på grund af det faktum, at de elektriske akser af disse mineraler ikke er tilfældigt placeret, men er orienteret hovedsageligt i én retning, derfor enderne af de elektriske akser af samme navn ("pluser" eller "minusser" ”) er grupperet sammen. Denne videnskabelige opdagelse blev gjort på Institute of Physics of the Earth af de sovjetiske videnskabsmænd M. P. Volarovich og E. I. Parkhomenko og opført i USSR's statsregister over opdagelser under nr. og krystalbærende årer, som er ledsaget af guld , wolfram , tin , fluorit og andre mineraler [5] .
Se også
Links
- ↑ Ioffe AF. Pierre Curie // Fremskridt i fysiske videnskaber . - Det russiske videnskabsakademi , 1956. - T. 58 , nr. 4 . - S. 572-579 .
- ↑ D. MEN . Negrov, E. N . Eremin A. MEN . Novikov L. MEN . Shestel. ULTRALYD VIBRATIONSSYSTEMER TIL SYNTESEN AF POLYMERISKE KOMPOSITMATERIALER Monografi // Omsk Publishing House OmSTU. - 2012. Arkiveret 17. maj 2017.
- ↑ Piezoelektrisk effekt, piezoelektriske materialer og deres egenskaber. . Tekniske løsninger. Hentet 24. februar 2014. Arkiveret fra originalen 27. februar 2014.
- ↑ Udvikling af piezoelektrisk mikroaktuator til HDD-hoved . Hentet 12. februar 2012. Arkiveret fra originalen 2. juni 2012.
- ↑ Videnskabelig opdagelse "Piezoelektriske egenskaber af klipper" . Hentet 12. februar 2012. Arkiveret fra originalen 4. februar 2012.
 Ordbøger og encyklopædier | |
|---|---|
| I bibliografiske kataloger |