Efect piezoelectric

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 11 octombrie 2019; verificările necesită 6 modificări .

Efect piezoelectric (din grecescul πιέζω ( piézō ) - apas, stoarce) - efectul apariției polarizării dielectrice sub acțiunea tensiunilor mecanice ( efect piezoelectric direct ). Există și un efect piezoelectric invers  - apariția deformațiilor mecanice sub influența unui câmp electric .

Cu efectul piezoelectric direct, deformarea probei piezoelectrice duce la apariția unei tensiuni electrice între suprafețele corpului solid deformabil, cu efect piezoelectric invers, aplicarea tensiunii asupra corpului provoacă deformarea acestuia.

Istorie

Efectul direct a fost descoperit de frații Jacques și Pierre Curie în 1880 [1] . Efectul invers a fost prezis în 1881 de Lippmann pe baza unor considerații termodinamice. În același an, a fost descoperit experimental de frații Curie.

Fizica fenomenului

Materialele piezoelectrice au întotdeauna efecte piezoelectrice directe și inverse în același timp. Nu este necesar ca substanța să fie un monocristal, efectul se observă și în substanțele policristaline prepolarizate de un câmp electric puternic în timpul cristalizării sau în timpul unei tranziții de fază la punctul de temperatură Curie la răcire pentru feroelectrici (de exemplu, ceramică). materiale piezoelectrice pe bază de zirconat-titanat de plumb ) la câmp electric extern suprapus.

Energia totală transmisă elementului piezoelectric de o forță mecanică externă este egală cu suma energiei elastice de deformare și a energiei de încărcare a capacității elementului piezoelectric. Datorită reversibilității efectului piezoelectric are loc o reacție piezoelectrică: tensiunea electrică care a apărut din cauza efectului piezoelectric direct creează (ca urmare a efectului piezoelectric invers) tensiuni mecanice și deformații care contracarează forțele externe. Aceasta se manifestă printr-o creștere a rigidității elementului piezoelectric. Dacă tensiunea electrică rezultată din cauza efectului piezoelectric este eliminată, de exemplu, prin scurtcircuitarea electrozilor elementului piezoelectric, atunci acțiunea piezoelectrică inversă nu va fi observată și rigiditatea elementului piezoelectric va scădea [2] .

Studiile efectului piezoelectric au arătat că acesta se explică prin proprietatea celulei elementare a structurii materialului. Deoarece celula unitate este cea mai mică unitate simetrică de material, prin repetarea ei de mai multe ori se poate obține un cristal microscopic. O condiție prealabilă necesară pentru apariția efectului piezoelectric este absența unui centru de simetrie în celula unitară [3] .

Conductorii nu au un coeficient piezoelectric, deoarece la aplicarea solicitărilor mecanice (pentru înainte) și electrice (pentru invers), sarcina va fi compensată de mediul conductiv.

A nu se confunda cu alte fenomene

• Efectul piezoelectric nu trebuie confundat cu electrostricția . Spre deosebire de electrostricție, efectul piezoelectric direct este observat numai în cristale fără centru de simetrie . Deși nu există un centru de simetrie în clasa 432 a sistemului cubic , piezoelectricitatea este, de asemenea, imposibilă în ea. Prin urmare, efectul piezoelectric poate fi observat în cristalele dielectrice aparținând doar uneia dintre cele 20 de clase de grupuri de puncte .

• Efectul piezoelectric nu trebuie confundat cu efectul piezorezistiv..

Utilizarea efectului piezoelectric în tehnologie

Se utilizează efectul piezoelectric direct:

• în generatoare piezoelectrice de energie în diverse scopuri:
  • în brichete piezo , pentru a obține o tensiune ridicată pe eclator din mișcarea unui deget;
  • într-o siguranță piezoelectrică de contact (de exemplu, pentru runde RPG-7 );
• in senzori :
  • ca element sensibil la forță (cu cât forța este mai mare, cu atât tensiunea pe contacte este mai mare), de exemplu, în senzori de măsurare a forței, senzori de presiune pentru lichide și gaze;
  • ca element sensibil în microfoane , hidrofoane , capete de captare ale electrofoanelor , elemente de recepție a sonarelor ;

Se utilizează efectul piezoelectric invers:

• în emițători acustici:
  • în emițătoare de sunet piezoceramice (eficiente la frecvențe înalte și au dimensiuni mici; cum ar fi, de exemplu, sunt încorporate în carduri muzicale, diverse anunțuri utilizate în diverse dispozitive de uz casnic - de la ceasuri la aparate de bucătărie );
  • în emițători cu ultrasunete pentru umidificatoare de aer , hidrotratare cu ultrasunete (în special, mașini de spălat cu ultrasunete și băi cu ultrasunete industriale);
  • în emițători sonar ( sonare );
• în sistemele de mișcări mecanice (activatori):
  • în sisteme de poziționare ultra-precise, de exemplu, într-un sistem de poziționare a acului într-un microscop cu scanare tunel sau într-un poziționator pentru deplasarea unui cap de disc dur [4] ;
  • în optică adaptivă , pentru îndoirea suprafeței reflectorizante a unei oglinzi deformabile.
• în motoarele piezoelectrice ;
• pentru furnizarea de cerneală în imprimantele cu jet de cerneală .

Efectele directe și inverse sunt utilizate simultan:

• în rezonatoare de cuarț utilizate ca standard de frecvență;
• în piezotransformatoare pentru a modifica tensiunea de înaltă frecvență.
• în dispozitivele bazate pe efectul undelor acustice de suprafață :
  • în liniile de întârziere cu ultrasunete ale echipamentelor electronice;
  • în senzori pe unde acustice de suprafaţă .

Proprietățile piezoelectrice ale rocilor

Unele minerale din roci au o proprietate piezoelectrică datorită faptului că axele electrice ale acestor minerale nu sunt localizate aleatoriu, ci sunt orientate în principal într-o singură direcție, de aceea capetele axelor electrice cu același nume („plusuri” sau „minusuri” ”) sunt grupate. Această descoperire științifică a fost făcută la Institutul de Fizică al Pământului de oamenii de știință sovietici M. P. Volarovich și E. I. Parkhomenko și a fost înscrisă în Registrul de stat al descoperirilor al URSS sub Nr. și vene purtătoare de cristal , care sunt însoțite de aur , wolfram , staniu , fluorit și alte minerale [5] .

Vezi și

• Piezoelectric
• Piezoelectricitate
• electreţi
• Electrostricția
• efect Villari

Link -uri

1. ↑ Ioffe AF. Pierre Curie  // Progrese în științe fizice . - Academia Rusă de Științe , 1956. - T. 58 , Nr. 4 . - S. 572-579 . (Rusă)
2. ↑ D . DAR . Negrov, E. N . Eremin A. DAR . Novikov L. DAR . Shestel. SISTEME DE VIBRAȚIE ULTRASONIC PENTRU SINTEZA MATERIALELOR COMPOZITE POLIMERE Monografie  // Editura Omsk OmSTU. - 2012. Arhivat 17 mai 2017. (Rusă)
3. ↑ Efectul piezoelectric, materialele piezoelectrice și proprietățile lor. . Soluții de inginerie. Consultat la 24 februarie 2014. Arhivat din original pe 27 februarie 2014. (Rusă)
4. ↑ Dezvoltarea microactuatorului piezoelectric pentru capul  HDD . Consultat la 12 februarie 2012. Arhivat din original pe 2 iunie 2012.
5. ↑ Descoperirea științifică „Proprietățile piezoelectrice ale rocilor” . Consultat la 12 februarie 2012. Arhivat din original pe 4 februarie 2012. (Rusă)

Dicționare și enciclopedii	Mare catalană Mare norvegian Britannica (online) Britannica (online) Treccani Universalis
În cataloagele bibliografice	BNF : 12254070z GND : 4322722-3 J9U : 987007548576305171 LCCN : sh85102071 NKC : ph124074 , ph392423 , ph624207