Pietsosähköinen vaikutus

Pietsosähköinen vaikutus ( kreikan kielestä πιέζω ( piézō ) - painan, puristan) - dielektrisen polarisaation esiintymisen vaikutus mekaanisten jännitysten vaikutuksesta ( suora pietsosähköinen vaikutus ). On myös käänteinen pietsosähköinen vaikutus  - mekaanisten muodonmuutosten esiintyminen sähkökentän vaikutuksesta .

Suoralla pietsosähköisellä vaikutuksella pietsosähköisen näytteen muodonmuutos johtaa sähköjännitteen ilmestymiseen muotoaan muuttavan kiinteän kappaleen pintojen väliin, ja käänteisellä pietsosähköisellä vaikutuksella runkoon kohdistuva rasitus aiheuttaa sen muodonmuutoksen.

Historia

Suoran vaikutuksen havaitsivat veljekset Jacques ja Pierre Curie vuonna 1880 [1] . Lippmann ennusti käänteisen vaikutuksen vuonna 1881 termodynaamisten näkökohtien perusteella. Samana vuonna Curien veljekset löysivät sen kokeellisesti.

Ilmiön fysiikka

Pietsosähköisillä materiaaleilla on aina sekä suoria että käänteisiä pietsosähköisiä vaikutuksia samanaikaisesti. Aineen ei tarvitse olla yksikiteinen, vaikutus havaitaan myös monikiteisissä aineissa, jotka on esipolaroitu vahvalla sähkökentällä kiteytymisen aikana tai faasisiirtymän aikana Curie-lämpötilapisteessä jäähdytettäessä ferrosähköisiä (esim. keramiikka) pietsosähköiset materiaalit, jotka perustuvat lyijysirkonaatti-titanaattiin ) päällekkäisessä ulkoisessa sähkökentässä.

Ulkoisen mekaanisen voiman pietsosähköiseen elementtiin antama kokonaisenergia on yhtä suuri kuin elastisen muodonmuutosenergian ja pietsosähköisen elementin kapasitanssin varausenergian summa. Pietsosähköisen vaikutuksen palautuvuudesta johtuen tapahtuu pietsosähköinen reaktio: suorasta pietsosähköisestä vaikutuksesta syntynyt sähköjännite synnyttää (käänteisen pietsosähköisen vaikutuksen seurauksena) mekaanisia jännityksiä ja muodonmuutoksia, jotka vastustavat ulkoisia voimia. Tämä ilmenee pietsosähköisen elementin jäykkyyden lisääntymisenä. Jos pietsosähköisestä vaikutuksesta johtuva sähköjännite eliminoidaan esimerkiksi oikosulkemalla pietsosähköisen elementin elektrodit, niin käänteistä pietsosähköistä toimintaa ei havaita ja pietsosähköisen elementin jäykkyys pienenee [2] .

Pietsosähköisen vaikutuksen tutkimukset ovat osoittaneet, että se selittyy materiaalirakenteen alkeissolun ominaisuudella. Koska yksikkökenno on materiaalin pienin symmetrinen yksikkö, sitä toistamalla voidaan saada mikroskooppinen kide. Pietsosähköisen ilmiön ilmenemisen välttämätön edellytys on symmetriakeskuksen puuttuminen yksikkösolusta [3] .

Johtimilla ei ole pietsosähköistä kerrointa, koska käytettäessä mekaanista rasitusta (eteenpäin) ja sähköistä (taaksepäin), varaus kompensoituu johtavalla väliaineella.

Ei pidä sekoittaa muihin ilmiöihin

• Pietsosähköistä vaikutusta ei pidä sekoittaa sähköstrikkoon . Toisin kuin sähköstriktio, suora pietsosähköinen vaikutus havaitaan vain kiteissä , joissa ei ole symmetriakeskusta . Vaikka kuutiojärjestelmän luokassa 432 ei ole symmetriakeskusta , pietsosähköisyys on siinä myös mahdotonta. Siksi pietsosähköinen vaikutus voidaan havaita dielektrisissä kiteissä, jotka kuuluvat vain yhteen pisteryhmien 20 luokasta .

• Pietsosähköistä vaikutusta ei pidä sekoittaa pietsosähköiseen vaikutukseen..

Pietsosähköisen efektin käyttö tekniikassa

Suoraa pietsosähköistä vaikutusta käytetään:

• pietsosähköisissä generaattoreissa eri tarkoituksiin:
  • pietsosytyttimissä korkean jännitteen saamiseksi kipinäväliin sormen liikkeestä;
  • kosketuspietsosähköisessä sulakkeessa (esimerkiksi RPG-7 kierroksille );
• antureissa : _
  • voimaherkänä elementtinä (mitä suurempi voima, sitä suurempi jännite koskettimissa), esimerkiksi voimanmittausantureissa, nesteiden ja kaasujen paineantureissa;
  • herkänä elementtinä mikrofoneissa , hydrofoneissa , elektrofonien poimintapäissä , kaikuluotaimen vastaanottoelementeissä ;

Käänteistä pietsosähköistä efektiä käytetään:

• akustisissa säteilijöissä:
  • pietsokeraamisissa äänilähettimissä ( tehokkaat korkeilla taajuuksilla ja pienikokoisia; esimerkiksi ne on rakennettu musiikkikortteihin, erilaisiin kodinkoneisiin käytettyihin ilmaisimiin - kelloista keittiökoneisiin );
  • ilmankostuttimien ultraäänilähettimissä , ultraäänivetykäsittelyssä (erityisesti ultraäänipesukoneissa ja teollisissa ultraäänikylvyissä);
  • kaikuluotaimissa (luotaimet ) ;
• mekaanisissa liikkeissä (aktivaattorit):
  • ultratarkoissa paikannusjärjestelmissä, esimerkiksi neulan paikannusjärjestelmässä pyyhkäisytunnelimikroskoopissa tai asennoittimessa kiintolevypään siirtämistä varten [4] ;
  • adaptiivisessa optiikassa muotoaan muuttavan peilin heijastavan pinnan taivuttamiseksi.
• pietsosähköisissä moottoreissa ;
• mustesuihkutulostimien musteen toimittamiseen .

Suoraa ja käänteistä tehostetta käytetään samanaikaisesti:

• taajuusstandardina käytetyissä kvartsiresonaattoreissa ;
• pietsomuuntajissa suurtaajuisen jännitteen muuttamiseksi.
• laitteissa, jotka perustuvat pinta-akustisten aaltojen vaikutukseen :
  • elektronisten laitteiden ultraääniviivelinjoissa ;
  • pinta - akustisten aaltojen antureissa .

Kivien pietsosähköiset ominaisuudet

Joillakin kivimineraaleilla on pietsosähköinen ominaisuus johtuen siitä, että näiden mineraalien sähköakselit eivät sijaitse satunnaisesti, vaan ovat pääasiassa yhteen suuntaan, joten samannimisten sähköisten akselien päät ("plussia" tai "miinuksia") ”) on ryhmitelty yhteen. Neuvostoliiton tiedemiehet M. P. Volarovich ja E. I. Parkhomenko tekivät tämän tieteellisen löydön Maan fysiikan instituutissa ja kirjasivat sen Neuvostoliiton valtion löytörekisteriin numerolla ja kristallipitoiset suonet, joiden mukana on kultaa , volframi , tina , fluoriitti ja muut mineraalit [5] .

Katso myös

• Pietsosähköinen
• Pietsosähkö
• elektreetit
• Sähköstrikkaatio
• Villari-efekti

Linkit

1. ↑ Ioff AF. Pierre Curie  // Fysikaalisten tieteiden edistyminen . - Venäjän tiedeakatemia , 1956. - T. 58 , nro 4 . - S. 572-579 . (Venäjän kieli)
2. ↑ D. MUTTA . Negrov, E. N . Eremin A. MUTTA . Novikov L. MUTTA . Shestel. ULTRAÄÄNTÄVÄRIJÄRJESTELMÄT POLYMEERISTEN KOMPOSIITTIMATERIAALIEN SYNTEESIIN Monografia  // Omsk Publishing House OmSTU. - 2012. Arkistoitu 17. toukokuuta 2017. (Venäjän kieli)
3. ↑ Pietsosähköinen vaikutus, pietsosähköiset materiaalit ja niiden ominaisuudet. . Tekniset ratkaisut. Haettu 24. helmikuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 27. helmikuuta 2014. (Venäjän kieli)
4. ↑ Pietsosähköisen mikrotoimilaitteen kehittäminen  kiintolevypäälle . Haettu 12. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 2. kesäkuuta 2012.
5. ↑ Tieteellinen löytö "Kivien pietsosähköiset ominaisuudet" . Haettu 12. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2012. (Venäjän kieli)

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri katalaani Hienoa norjalaista Britannica (verkossa) Britannica (verkossa) Treccani Universalis
Bibliografisissa luetteloissa	BNF : 12254070z GND : 4322722-3 J9U : 987007548576305171 LCCN : sh85102071 NKC : ph124074 , ph392423 , ph624207