«Пьезоэлектричество»

(от греч. piézo — давлю и Электричество)

явления возникновения поляризации диэлектрика (См. Диэлектрики) под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект) и возникновения механических деформаций под действием электрического поля (обратный пьезоэлектрический эффект). Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах — пьезоэлектриках. Первое подробное исследование пьезоэлектрических эффектов сделано в 1880 братьями Ж. и П. Кюрина кристалле Кварца. В дальнейшем пьезоэлектрические свойства были обнаружены более чем у 1500 веществ, из которых широко используются Сегнетова соль,титанат бария и др. (см. Пьезоэлектрические материалы).

Пьезоэлектрические свойства кристаллов связаны с их структурой. Ими обладают все Пироэлектрики (спонтанно поляризованные диэлектрики). При механической деформации пироэлектрика меняется величина его спонтанной поляризации, что и наблюдается как прямой пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектрические эффекты наблюдаются также в некоторых 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).

Количественными характеристиками П. в данном кристалле является совокупность пьезоконстант и пьезомодулей — коэффициент пропорциональности между электрическими величинами (напряжённость электрического поля Е, поляризация P) и механическими величинами (механические напряжения σ, относительные деформации u). Например, P =dσ. Коэффициент dи есть одна из пьезоконстант. Т. к. произвольное механическое напряжение может быть представлено как совокупность 6 независимых напряжений, а вектор поляризации P 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 P = dσцелесообразно записывать, например, в виде: P=d'σ + χЕ. Величины d и d' связаны соотношением d’= dε, где ε — Диэлектрическая проницаемость кристалла.

Пьезоконстантами называются также коэффициенты r, g, h в соотношениях P=ru + χ’Е, u=S'σ + hP, u=S'σ+hE и т.п. Все пьезоконстанты d, r, g, h связаны друг с другом, так что при описании пьезоэлектрических свойств кристалла можно ограничиться только одной, например 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 диэлектрической проницаемостью и доменной структурой, которая может перестраиваться при деформации.

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

Лит.: Кэдп 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.

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; б — тот же крисстал, подвергнутый сжатию, при котором 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 пластины приводит к возникновению разности потенциалов; б — обратный пьезоэлектрический эффект; в зависимости от знака разности потенциалов, приложенной к пьезоэлектрической пластинке, она сжимается или растягивается.

1. пье́зоэлектри́чество;
2. пье́зоэлектри́чества;
3. пье́зоэлектри́чества;
4. пье́зоэлектри́честв;
5. пье́зоэлектри́честву;
6. пье́зоэлектри́чествам;
7. пье́зоэлектри́чество;
8. пье́зоэлектри́чества;
9. пье́зоэлектри́чеством;
10. пье́зоэлектри́чествами;
11. пье́зоэлектри́честве;
12. пье́зоэлектри́чествах.

-а, ср. спец.

Электрические заряды, появляющиеся на гранях некоторых кристаллов (например, кварца) при действии на них в определенном направлении сжимающей или растягивающей силы.

ср. piezoelectricity

piezoelectricity

n.piezoelectricity

с.

piézo-électricité f

с.

piezoelectricidad f

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО

(пьезоэлектрический эффект), изменение поляризации нек-рых диэлектрич. кристаллов (пьезоэлектриков) при механич. деформации.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИ́ЧЕСТВО -а; ср. Спец. Электрические заряды, появляющиеся на гранях некоторых кристаллов (например: кварца) при действии на них в определённом направлении сжимающей или растягивающей силы.

◁ Пьезоэлектри́ческий, -ая, -ое. П-ое свойство кристаллов. П. эффект. П-ие материалы (обладающие свойством образовывать пьезоэлектричество). П-ая зажигалка (действующая при помощи пьезоэлектричества).

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО — (пьезоэлектрический эффект) — возникновение электрических зарядов различного знака на поверхности некоторых кристаллов (напр. кварца, турмалина и др.) при их механических деформациях (растяжение млн. сжатие). Такое явление называется прямым пьезоэлектрическим эффектом. При обратном пьезоэлектрическом эффекте этот кристалл сам деформируется под действием приложенного внешнего электрического поля. Напр. кварцевая пластина начинает колебаться с частотой приложенного электрического напряжения и становится источником акустических колебаний той же частоты. П. присуще только кристаллам, которые не имеют центра симметрии.