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.
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.
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.
Používá se přímý piezoelektrický jev:
Reverzní piezoelektrický jev se používá:
Přímé a zpětné efekty se používají současně:
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] .
![]() | |
---|---|
V bibliografických katalozích |