П’єзоелектричний ефект

Відкриття піроелектрики у турмаліні пов`язано з іменем академіка Ф.Епінуса, який встановив, що притягання та відштовхування попелу при нагріванні турмаліну є наслідком утворення на кінцях полярної осі зарядів протилежного знаку. Поняття «піроелектрика» запровадив у 1824р. Дж.Бюстер. Теорія піроелектрики, яка утворена У.Кельвином, наголошувала про наявність у турмаліні спонтанної поляризації та залежність її від температури.

Піроелектричний ефект

Електричні властивості кристалів

Під електричними властивостями кристалів розуміють сукупність явищ, так або інакше пов`язаних з електричною поляризацією. В деяких випадках ця поляризація є самочинною (спонтанною), тобто не обумовленою зовнішніми впливами. В інших випадках вона може бути викликана нагріванням кристала, прикладанням механічного навантаження, електричного поля тощо.

Піроелектрика (піроефект) – поява електричних зарядів на поверхні кристалів при нагріванні або охолодженні. Піроелектрика спостерігається у кристалах-діелектриках по визначеним напрямкам, які є одночасно полярними та одиничними. Таким чином, піроелектричними властивостями володіють кристали-діелектрики десяти полярних класів. Існує і зворотній ефект, котрий називають калориметричним і який полягає у зміні температури кристала, що викликана зміною прикладеного до нього електричного поля.

Піроелектричні кристали знаходять широке застосування як чутливі датчики температури (з точністю до 10^{-9 о}С)приймачів інфрачервоного випромінювання, датчики ударних хвиль, вимірювачів напружень, комірок пам`яті та для прямого перетворення теплової енергії (напр., сонячної) у електричну.

Під дією механічної нагрузки або деформації виникає електрична поляризація, величина та знак якої залежать від прикладеного напружень; це явище має назву п ’ єзоелектричний ефект (п ’ єзоефект). Зворотній п`єзоефект – це механічна деформація кристала, яка викликана прикладеним електричним полем; величина та тип деформації залежать від величини та знака поля.

П`єзоелектричні явища можливі лише в кристалах-діелектриках, в яких відсутній центр симетрії, тобто у 20 класах симетрії (п’єзоефект також неможливий у кристалах кубічної сингонії аксіального виду симетрії). Кристали, які володіють центром симетрії, не можуть бути п’єзоелектриками, так як ніякі механічні дії не можуть привести до взаємного розташування центрів ваги позитивних і негативних зарядів та виникнення дипольних моментів.

П’єзоефект можна розглядати як зворотній піроефект, тому що проявлення піроефект супроводжується збільшенням об’єму кристалів при нагріванні, тобто пружними деформаціями.

П ’ єзоелектричні властивості кристалів були відкриті у 1880р. братами П’єром і Жаном Кюрі при дослідженні особливостей кварцу і турмаліну. Зворотній п’єзоефект був передбачений фізиком Ліпманом та підтверджений братами Кюрі.

Найбільш вивченим та широко застосованим є кварц. Вперше його п`єзоелектричні властивості були застосовані у першій світовій війні для виявлення підводних човнів. Кварц має чотири поліморфних модифікації, дві з яких і володіють п`єзоелектричними властивостями. Як п’єзо-

електричні кристали кварцу (природні та і синтетичні) вживають головним чином для стабілізації частот генераторів і у фільтрах з високою виборчою здатністю, а також у високочастотних перетворювачах датчиків механічних величин.

Дата добавления: 2014-10-22