Значение слова пьезоэлектричество

(от греч. piézo ≈ давлю и электричество ), явления возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект) и возникновения механических деформаций под действием электрического поля (обратный пьезоэлектрический эффект). Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах ≈ пьезоэлектриках. Первое подробное исследование пьезоэлектрических эффектов сделано в 1880 братьями Ж. и П. Кюри на кристалле кварца . В дальнейшем пьезоэлектрические свойства были обнаружены более чем у 1500 веществ, из которых широко используются сегнетова соль , титанат бария и др. (см. Пьезоэлектрические материалы ).

Пьезоэлектрические свойства кристаллов связаны с их структурой. Ими обладают все пироэлектрики (спонтанно поляризованные диэлектрики). При механической деформации пироэлектрика меняется величина его спонтанной поляризации, что и наблюдается как прямой пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектрические эффекты наблюдаются также в некоторых непироэлектриках (например, у кварца). Справедливо общее утверждение: кристаллы, обладающие центром симметрии, не могут быть пьезоэлектриками. Это объясняется тем, что при деформации кристалла центр симметрии сохраняется, а при наличии центра симметрии не может быть поляризации (рис. 1, 2). Наличие других элементов симметрии (оси, плоскости симметрии) может «запрещать» появление поляризации в определённых направлениях или при некоторых определённых деформациях (см. Симметрия кристаллов ).

Количественными характеристиками П. в данном кристалле является совокупность пьезоконстант и пьезомодулей ≈ коэффициент пропорциональности между электрическими величинами (напряжённость электрического поля Е, поляризация P) и механическими величинами (механические напряжения s, относительные деформации u). Например, P = ds. Коэффициент d и есть одна из пьезоконстант. Т. к. произвольное механическое напряжение может быть представлено как совокупность 6 независимых напряжений, а вектор поляризации P имеет 3 независимых компоненты, то в общем случае может быть 18 разных пьезоконстант d. Однако симметрия кристалла ограничивает число независимых и отличных от нуля пьезоконстант. Величина d зависит от условий опыта, а именно: она имеет одно значение d, если заряд на обкладках конденсатора (рис. 3) поддерживать равным нулю, и другое значение d", если обкладки конденсатора закорочены, т. е. Е = 0. Поэтому соотношение P = ds целесообразно записывать, например, в виде: P = d"s + cЕ. Величины d и d" связаны соотношением d▓= de, где e ≈ диэлектрическая проницаемость кристалла.

Пьезоконстантами называются также коэффициенты r, g, h в соотношениях P = ru + c▓Е, u = S"s + hP, u = S"s + hE и т.п. Все пьезоконстанты d, r, g, h связаны друг с другом, так что при описании пьезоэлектрических свойств кристалла можно ограничиться только одной, например d. Характерная величина пьезоконстанты d в системе СГСЭ составляет для кварца 3×10≈8. Существенно больших величин могут достигать пьезоконстанты сегнетоэлектриков, что связано с их высокой диэлектрической проницаемостью и доменной структурой, которая может перестраиваться при деформации.

Пьезоэлектрики широко применяют в технике, акустике, радиофизике и т.д. Их применение основано на преобразовании электрических сигналов в механические и наоборот. Пьезоэлектрики используются в резонаторах, входящих в состав генераторов (см. Кварцевый генератор ), фильтров, различного рода преобразователей и датчиков.

Лит.: Кэдп У., Пьезоэлектричество и его практическое применение, пер. с англ., М. , 1949; Мэзон У., Пьезоэлектрические кристаллы и их применение в ультраакустике, пер. с англ. , М., 1952; Берлинкур [и др.], Пьезоэлектрические и пьезомагнитные материалы и их применение в преобразователях, в кн.: Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 1, ч. А, М., 1966.

А. П. Леванюк. Д. Г. Санников.

Пьезоэлектричество — эффект продуцирования веществом электрической силы при изменении формы.

Пьезоэлектрики — кристаллы , обладают свойством при сжатии продуцировать электрический заряд (прямой пьезоэффект ) или обратным свойством под действием электрического напряжения изменять форму: сжиматься/расширяться, скручиваться, сгибаться .

Пьезоэлектричество открыто братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880—1881 гг.

Исполнительные устройства — конвертируют электрическую энергию в механическую.

Сенсоры , наоборот, конвертируют механическую энергию в электрическую.

Существуют однослойные, двухслойные и многослойные пьезокристаллы.

Однослойные — под воздействием электричества изменяются в ширину, длину и толщину. Если их растянуть или сжать, они генерируют электричество.

Двухслойные — могут быть использованы как однослойные, могут сгибаться или удлиняться. «Сгибатели» создают наибольшую величину перемещения относительно других видов, а «расширители», будучи более упругими, развивают гораздо большее усилие при гораздо меньшем перемещении.

Многослойные — развивают наибольшую силу при минимальном перемещении .