ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО (от греч. piezo - давлю и электричество), явления возникновения поляризации диэлектрика под действием механич. напряжений (прямой пьезоэлектрич. эффект) и возникновения механич. деформаций под действием электрич. поля (обратный пьезоэлектрич. эффект). Прямой и обратный пьезоэлектрич. эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах- пьезоэлектриках. Первое подробное исследование пьезоэлектрич. эффектов сделано в 1880 бр. Ж. и П. Кюри на кристалле кварца. В дальнейшем пьезоэлектрич. свойства были обнаружены более чем у 1500 веществ, из к-рых широко используются сегнетова соль, титанат бария и др. (см. Пьезоэлектрические материалы).

Пьезоэлектрич. свойства кристаллов связаны с их структурой. Ими обладают все пироэлектрики (спонтанно поляризованные диэлектрики). При механич. деформации пироэлектрика меняется величина его спонтанной поляризации, что и наблюдается как прямой пьезоэлектрич. эффект. Пьезоэлектрич. эффекты наблюдаются также в нек-рых 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).

Количеств. характеристиками П. в данном кристалле является совокупность пьезоконстант и пьезомодулей - коэфф. пропорциональности между электрич. величинами (напряжённость электрич. поля Е, поляризация Ф) и механич. величинами (мехапич. напряжения а, относит. деформации и). Напр., Ф=do. Коэфф. d и есть одна из пьезоконстант. Т. к. произвольное механич. напряжение может быть представлено как совокупность 6 независимых напряжений, а вектор поляризации Ф 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 Ф = da целесообразно записывать, напр., в виде: Ф = d‘о + иE. Величины d и d‘ связаны соотношением d‘ = de, где е - диэлектрическая проницаемость кристалла.

Рис. 1. а - плоская модель кристалла, не имеющего центра симметрии; центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают, стрелки изображают отдельные электрические дипольные моменты одной группы зарядов; 6 - тот же кристалл, подвергнутый сжатию, при к-ром изменяются длины связей между зарядами каждой группы, но не углы между ними; горизонтальная стрелка слева-суммарный электрический дипольный момент одной группы зарядов.

Рис. 2. а - плоская модель кристалла, обладающего центром симметрии; б - тот же кристалл, подвергнутый сжатию.

Рис. 3. а - прямой пьезоэлектрический эффект; сжатие или растяжение пьезоэлектрической пластинки приводит к возникновению разности потенциалов; б - обратный пьезоэлектрический эффект; в зависимости от знака разности потенциалов, приложенной к пьезоэлектрической пластинке, она сжимается или растягивается.

Пьезоконстантами наз. также коэфф. r, g, h в соотношениях Ф = rи + и‘Е, и = S‘о + hФ, и = S‘о + hE и т. п. Все пьезоконстанты d, r, g, h связаны друг с другом, так что при описании пьезоэлектрич. свойств кристалла можно ограничиться только одной, напр. 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 диэлектрич. проницаемостью и доменной структурой, к-рая может перестраиваться при деформации.

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

Лит.: Кэди 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.

Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»

ПЬЕМОНТ →← ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Смотреть что такое ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО в других словарях:

Рекомендуем посмотреть: