Пьезоэлектрический эффект

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Создание электрического напряжения пьезоэлектриком. Амплитуда колебаний диска увеличена для наглядности.

Пьезоэлектри́ческий эффе́кт — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля.

При прямом пьезоэффекте деформация пьезоэлектрического образца приводит к возникновению электрического напряжения между поверхностями деформируемого твердого тела, при обратном пьезоэффекте приложение напряжения к телу вызывает его деформацию.

Пьезоэлектрические вещества всегда обладают одновременно и прямым, и обратным пьезоэффектом. Не обязательно, чтобы вещество было монокристаллом, эффект наблюдается и в поликристаллических веществах, предварительно поляризованных сильным электрическим полем во время кристаллизации, или при фазовом переходе в точке температуры Кюри при охлаждении для сегнетоэлектриков (например, керамические пьезоэлектрические материалы на основе цирконата-титаната свинца) при наложенном внешнем электрическом поле.

Прямой эффект был открыт братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 году[1]. Обратный эффект был предугадан в 1881 году Липпманом исходя из термодинамических соображений. В том же году экспериментально открыт братьями Кюри.

Исследования пьезоэффекта показали, что он объясняется свойством элементарной ячейки структуры материала. Так как элементарная ячейка является наименьшей симметричной единицей материала, путем ее многократного повторения можно получить микроскопический кристалл. Необходимой предпосылкой для появления пьезоэффекта является отсутствие центра симметрии в элементарной ячейке [2].

Пьезоэффект нельзя путать с электрострикцией. В отличие от электрострикции, прямой пьезоэффект наблюдается только в кристаллах без центра симметрии. Хотя в классе 432 кубической сингонии нет центра симметрии, пьезоэлектричество в нём также невозможно. Следовательно, пьезоэффект может наблюдаться у диэлектрических кристаллов, принадлежащих только к одному из 20 классов точечных групп.

Пьезоэлектрический эффект нельзя путать с пьезорезистивным эффектом (англ.)русск..

Использование пьезоэффекта в технике[править | править вики-текст]

Прямой пьезоэффект используется:

  • в пьезогенераторах электроэнергии разнообразного назначения:
    • в пьезозажигалках, для получения высокого напряжения на разряднике от движения пальца;
    • в контактном пьезоэлектрическом взрывателе (например к выстрелам РПГ-7);
  • в датчиках:

Обратный пьезоэлектрический эффект используется:

Прямой и обратный эффект одновременно используются:

Пьезоэлектрические свойства горных пород[править | править вики-текст]

Некоторые минералы горных пород обладают пьезоэлектрическим свойством за счёт того, что электрические оси этих минералов не хаотично расположены, а ориентированы преимущественно в одном направлении, поэтому одноимённые концы электрических осей («плюсы» или «минусы») группируются вместе. Это научное открытие было сделано в Институте физики Земли советскими учёными М. П. Волоровичем и Э. И. Пархоменко и занесено в Государственный реестр открытий СССР под № 57 с приоритетом от 1954 г. На основе этого открытия разработан пьезоэлектрический метод геологической разведки кварцевых, пегматитовых и хрусталеносных жил, которым сопутствуют золото, вольфрам, олово, флюорит и другие полезные ископаемые[4].

См. также[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]