Пьезоэлектрический эффект

Пьезоэлектрический эффект состоит в том, что при механической деформации некоторых кристаллов диэлектриков в определенных направлениях на их границах возникают поляризационные электрические заряды противоположных знаков.

Вещества, в которых наблюдается пьезоэлектрический эффект, называются пьезоэлектриками (кварц, сегнетова соль, турмалин и др.).

Объяснение пьезоэлектрического эффекта заключается в том, что при механической деформации кристалла пьезоэлектрика положительные и отрицательные ионы решетки упорядоченно смещаются друг относительно друга, и поэтому меняется электрический момент кристалла в целом. Это изменение электрического момента и проявляется в пьезоэлектрическом эффекте.

Если на противоположные грани кристаллической пластинки пьезоэлектрика наложить металлические обкладки, то при механической деформации кристалла из-за его поляризации между обкладками возникнет разность потенциалов. Если же замкнуть обкладки проводником, на них образуются индуцированные заряды, равные по величине поляризационным зарядам, но противоположные по знаку, а в замыкающей обкладки цепи в процессе деформации возникнет кратковременный электрический ток, обусловленный разделением зарядов.

Здесь необходимо подчеркнуть, что ток в замыкающей цепи связан с установлением электрического равновесия в проводнике, которое наступает очень быстро. Поэтому для регистрации тока необходимо менять состояние поляризации пьезоэлектрика в течение достаточного времени, например, приложив к пьезоэлектрику знакопеременное деформирующее усилие.

Пьезоэлектрический эффект проявляется не только при деформации растяжения-сжатия, но и при деформации сдвига.

Пьезоэлектрический эффект широко используется для звуковоспроизведения, измерения давлений, в виброметрии и т.п.

Существует и обратный пьезоэлектрический эффект, который состоит в том, что при помещении пьезоэлектрика во внешнее электрическое поле наблюдается его механическая деформация сжатия-растяжения.