Механоэлектреты. Пьезоэлектричество

Сущность пьезоэл-го эффекта состоит:механ-ая деформация вызывает поляризацию диэл-ка и, наоборот внеш. эл. поле вызывает механ. деформацию. Этот эффект наблюдается в кристаллах, в которых отсутствует центр симметрии.

Пример:

Пусть кристалл имеет кубическую структуру:

Если осуществить деф-цию кристалла, то размеры тела изменятся, но это не приведет к появлению дипол. момента. Если взять другой кристалл, где отсутствует центр симм-ии:

Если при этом приложим мех-ую деформацию, то тогда центры положительного и отрицательного е-ов будут не совпадать → это приведет к появлению общего дипольного момента. При малых деформациях и слабых эл. полях Э соотношения:

Т=сS-lE – механ-ое нарпяжение.

Д=εE-lS

где s – деформация

с – модуль упругости.

l – пьезоэлектрическая постоянная.

При l=0, получаем обычный закон Гука, т.е.

Т=сS – з-н Гука

Д=εЕ

Для пьезокристалла видно, что при Е=0 эл. иддукция Д может оказаться отличной от нуля. Но в том случае, если l 0.

Мы видим, что дефор-ия вызывает появление эл. поля, аналогично эл, поле вызывает деформацию – в этом состоит сущность пьезоэффекта.

Эти диэл-ки идеально подходят для того, чтобы быть электромеханическими преобразователями.

Примечание: Кварцевая стабилизация частоты генератора используется для поддержания работы радиостанции на нужной длине волны с точностью 10⁸ 10 ⁹.

Пластина из кварца имеет ряд резонансных частот механических колебаний; резонанс возникает тогда, когда вдоль пластины ┴ укладывается нечетное число полуволн:

Механическое возмущение распростр-ся в кристалле со скоростью (V_S) звука и частота мех. колебаний равна:

Если границы такого кристалла равны, то кристалл представляет собой конденватор, который можно включить в колебательный контур с такой же резонансной частотой f. Обычно частота может меняться, т.к. может меняться напряжение во внешней цепи или из-за старения оборудования. Влияния различных факторов неконтролируемо, поэтому нужна стабилизация. Если частоты механических и эл. колебаний приблизительно =, то эл. цепь будет возбуждать как механические, так и электрические колебания, связанные между собой за счет пьезоэлектр-го эффекта. Механические колебания будут определять значения частоты, на которых будет работать система. Единственная сложность стабилизации частоты при помощи кварцевого резонатора в том, что мех. размеры кристалла надо поддерживать (т.е. влияет температура), для этого пьезокристалл помещают в термостат → появляется возможность небольшой подстройки частоты, меняя температуру. Задающие генераторы с кварцевыми стабилизаторами исп-ся во всех радио и телепередатчиках.

Обрат. пьезоэффект используют в преобразователях для возбуждения колебаний в жидкости, для ультрафиолетовой мойки.

Дата добавления: 2014-01-06