Piezoelektrický jev
Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 11. října 2019; kontroly vyžadují 6 úprav .Piezoelektrický jev (z řeckého πιέζω ( piézō ) - stisknu, zmáčknu) - účinek vzniku dielektrické polarizace při působení mechanických namáhání ( přímý piezoelektrický jev ). Existuje také inverzní piezoelektrický jev - vznik mechanických deformací vlivem elektrického pole .
Při přímém piezoelektrickém jevu vede deformace piezoelektrického vzorku ke vzniku elektrického napětí mezi povrchy deformovatelného pevného tělesa, při inverzním piezoelektrickém jevu působí působení napětí na těleso jeho deformaci.
Historie
Přímý účinek objevili bratři Jacques a Pierre Curie v roce 1880 [1] . Opačný efekt předpověděl v roce 1881 Lippmann na základě termodynamických úvah. Ve stejném roce ji experimentálně objevili bratři Curieové.
Fyzika jevu
Piezoelektrické materiály mají vždy současně přímý i inverzní piezoelektrický efekt. Není nutné, aby se jednalo o monokrystal, efekt je pozorován i u polykrystalických látek předpolarizovaných silným elektrickým polem při krystalizaci, nebo při fázovém přechodu v bodě Curieovy teploty při ochlazení u feroelektrik (např. keramika piezoelektrické materiály na bázi zirkoničitanu-titanátu olovnatého ) při superponovaném vnějším elektrickém poli.
Celková energie udělovaná piezoelektrickému prvku vnější mechanickou silou se rovná součtu energie elastické deformace a nábojové energie kapacity piezoelektrického prvku. V důsledku vratnosti piezoelektrického jevu dochází k piezoelektrické reakci: elektrické napětí, které vzniklo přímým piezoelektrickým jevem, vytváří (v důsledku inverzního piezoelektrického jevu) mechanická napětí a deformace, které působí proti vnějším silám. To se projevuje zvýšením tuhosti piezoelektrického prvku. Pokud je elektrické napětí vznikající v důsledku piezoelektrického jevu eliminováno např. zkratováním elektrod piezoelektrického prvku, pak nebude pozorováno zpětné piezoelektrické působení a tuhost piezoelektrického prvku se sníží [2] .
Studie piezoelektrického jevu ukázaly, že se vysvětluje vlastností elementární buňky struktury materiálu. Protože základní buňka je nejmenší symetrická jednotka materiálu, jejím mnohonásobným opakováním lze získat mikroskopický krystal. Nezbytným předpokladem pro vznik piezoelektrického jevu je absence středu symetrie v základní buňce [3] .
Vodiče nemají piezoelektrický koeficient, protože při mechanickém namáhání (pro dopředný) a elektrický (pro zpětný chod) bude náboj kompenzován vodivým prostředím.
Nezaměňovat s jinými jevy
- Piezoelektrický efekt by neměl být zaměňován s elektrostrikcí . Na rozdíl od elektrostrikce je přímý piezoelektrický efekt pozorován pouze u krystalů bez středu symetrie . Přestože ve třídě 432 kubické soustavy není žádný střed symetrie , piezoelektřina je v ní také nemožná. Proto lze piezoelektrický jev pozorovat u dielektrických krystalů, které patří pouze do jedné z 20 tříd bodových skupin .
- Piezoelektrický efekt by neměl být zaměňován s piezorezistivním efektem..
Využití piezoelektrického jevu v technologii
Používá se přímý piezoelektrický jev:
- v piezoelektrických generátorech pro různé účely:
- v piezo zapalovačích pro získání vysokého napětí na jiskřišti z pohybu prstu;
- v kontaktní piezoelektrické pojistce (například pro náboje RPG-7 );
- v senzorech :
- jako silově citlivý prvek (čím větší síla, tím vyšší napětí na kontaktech), např. u snímačů pro měření síly, snímačů tlaku pro kapaliny a plyny;
- jako citlivý prvek u mikrofonů , hydrofonů , snímacích hlav elektrofonů , přijímacích prvků sonarů ;
Reverzní piezoelektrický jev se používá:
- v akustických zářičích:
- v piezokeramických zvukových zářičích (účinné při vysokých frekvencích a mají malé rozměry; jsou například zabudovány do hudebních karet, různých hlásičů používaných v různých domácích zařízeních - od hodinek po kuchyňské spotřebiče );
- v ultrazvukových zářičích pro zvlhčovače vzduchu , ultrazvuková hydrorafinace (zejména ultrazvukové pračky a průmyslové ultrazvukové lázně);
- v sonarových zářičích ( sonary );
- v systémech mechanických pohybů (aktivátory):
- v ultra-přesných polohovacích systémech, například v polohovacím systému jehly v rastrovacím tunelovém mikroskopu nebo v polohovači pro pohyb hlavy pevného disku [4] ;
- v adaptivní optice pro ohýbání odrazného povrchu deformovatelného zrcadla.
- v piezoelektrických motorech ;
- pro dodávání inkoustu do inkoustových tiskáren .
Přímé a zpětné efekty se používají současně:
- v křemenných rezonátorech používaných jako frekvenční standard;
- v piezotransformátorech ke změně vysokofrekvenčního napětí.
- v zařízeních založených na účinku povrchových akustických vln :
- v ultrazvukových zpožďovacích linkách elektronických zařízení;
- v senzorech na povrchových akustických vlnách .
Piezoelektrické vlastnosti hornin
Některé minerály hornin mají piezoelektrické vlastnosti díky tomu, že elektrické osy těchto minerálů nejsou umístěny náhodně, ale jsou orientovány převážně jedním směrem, proto konce elektrických os stejného jména („plusy“ nebo „mínusy“ “) jsou seskupeny. Tento vědecký objev učinili v Ústavu fyziky Země sovětští vědci M. P. Volarovič a E. I. Parkhomenko a zapsali jej do Státního registru objevů SSSR pod č. a křišťálové žíly, které jsou doprovázeny zlatem , wolfram , cín , fluorit a další minerály [5] .
Viz také
Odkazy
- ↑ Ioffe AF. Pierre Curie // Pokroky ve fyzikálních vědách . - Ruská akademie věd , 1956. - T. 58 , č. 4 . - S. 572-579 .
- ↑ D. ALE . Negrov, E. N . Eremin A. ALE . Novikov L. ALE . Shestel. ULTRAZVUKOVÉ VIBRAČNÍ SYSTÉMY PRO SYNTÉZU POLYMERNÍCH KOMPOZITNÍCH MATERIÁLŮ Monografie // Omské nakladatelství OmSTU. - 2012. Archivováno 17. května 2017.
- ↑ Piezoelektrický jev, piezoelektrické materiály a jejich vlastnosti. . Inženýrská řešení. Získáno 24. února 2014. Archivováno z originálu 27. února 2014.
- ↑ Vývoj piezoelektrického mikroaktuátoru pro hlavu HDD . Získáno 12. února 2012. Archivováno z originálu 2. června 2012.
- ↑ Vědecký objev "Piezoelektrické vlastnosti hornin" . Získáno 12. února 2012. Archivováno z originálu 4. února 2012.
 Slovníky a encyklopedie | |
|---|---|
| V bibliografických katalozích |