Пьезоэлектрики

Для существования пьезоэффекта необходимо отсутствие у кристалла центра симметрии (SiO₂– кварц, титанат бария, сегнетова соль и т.д.).

Рис. 45

Как показывает опыт, заряды на поверхности пьезоэлектрика возникают в результате однородных деформаций сжатия или растяжения, происходящих в определенных направлениях – называемых пьезоэлектрическими осями (которые обычно перпендикулярны оптической оси кристалла) (Рис. 45)

- При растяжении вдоль оси Х – на перпендикулярных ей гранях появится разноименные поляризационные заряды - продольный пьезоэффект (Рис. 46)

рис.46

- Поперечный пьезоэффект (Рис. 47)..

Рис. 47

При этом в первом приближении:

Поляризованность пьезоэлектрика вызовет появление поля , а следовательно между разноименными гранями деформированного пьезоэлектрика возникнет разность потенциалов U, которую можно измерить и по ее величине, оценить – деформацию и силу F. (U ~ десятки ÷ тысячи В).

Примечание: пьезоэлектрические датчики быстропеременных давлений, пьезоэлектрические микрофоны.

Объяснение механизма пьезоэффекта (SiO₂– кварц) (Рис. 48).

При сжатии элементарная ячейка деформируется, ионы вдавливаются внутри ячейки, на плоскостях противоположных появляются заряды.

Пьезоэлектрические свойства – зависят от T. При некоторой Т кристаллическая решетка перестраивается так, что центр симметрии исчезают пьезоэлектрические свойства кристалла (SiO₂от 200^о – 576^оС свойства медленно ослабевают, становится просто диэлектриком).

Рис. 49

Наряду с прямым пьезоэффектом (возникновение поляризованного заряда при деформации) существует обратный пьезоэффект – деформирование пьезоэлектрика во внешнем электрическом поле (рис.49) (вытекает из ЗСЭ и существования прямого пьезоэффекта)

Если бы пьезоэффекта не было А_внешн= (при сжатии). Т.к. есть пьезоэффект (сила, обратного пьезоэффекта).

Рис. 50

Одинаковые знаки зарядов на пластине соответствуют различнвм деформациям при прямом и обратном пьезоэффекте (Рис. 50).

Прямой и обратный пьезоэффект применяется в качестве электромеханических преобразователей электрической энергии в механическую и колебательную – составные пьезоэлементы для осуществления деформаций различного типа: