Пьезоэлектрики

Явление открыто в 1880 г. Оно состоит в том, что на поверхностях кристалла (кварца, турмалина и некоторых других) при деформации возникают нескомпенсированные (поляризационные) заряды.

Как показывает опыт, это происходит при сжатии/растяжении кристалла в определенных направлениях, называемых полярными осями пьезоэлектрика. (Кристалл может иметь несколько таких осей).

Знаки зарядов на гранях А, В изменяются на противоположные, если сжатие сменяется растяжением.

Механизм пьезоэффекта. Он наблюдается только у некоторых ионных кристаллов. Подрешетка из положительных ионов деформируется иначе, чем подрешетка из отрицательных ионов – для этого ячейка решетки не должна иметь центра симметрии.

На рисунке (а) изображена ячейка кристалла кварца (положительные ионы кремния и отрицательные ионы кислорода). При сжатии вдоль полярной оси на одном торце образуется избыток отрицательного заряда, на другом – положительного (рис. б). При растяжении – наоборот (рис. в).

а б в

Поляризованность кристалла и возникающая между гранями разность потенциалов пропорциональны приложенной силе.

Применение: пьезоэлектрические датчики для измерения быстроменяющегося давления, пьезоэлектрические микрофоны.

Обратный пьезоэффект: под действием внешнего электрического поля положительная и отрицательная подрешетки деформируются различным образом, и кристалл сжимается или расширяется.

Применение: кварцевый излучатель ультразвука. К пластинке кварца прикладывается переменное электрическое поле с частотой, равной одной из собственных частот пластинки (при этом амплитуда возникающих колебаний пластинки особенно велика). Пластинка, сжимаясь и растягиваясь, излучает ультразвуковые волны большой интенстивности.

Демонстрация.

Пластинка из титаната бария зажата между обкладками из листовой латуни. Ударяем резиновым молоточком по пластинке – в неоновой лампе возникает разряд (вспышка).

Дата добавления: 2015-07-19