Что такое пьезоэлектрический эффект? Пьезоэффект что это такое

Прямой пьезоэффект - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Прямой пьезоэффект

Cтраница 1

Прямой пьезоэффект проявляется в образовании зарядов на поверхности твердого тела под действием механических напряжений. Обратный пьезоэффект проявляется в изменении. Эти эффекты очень ярко проявляются в кварцевом резонаторе.  [1]

Прямой пьезоэффект состоит в появлении электрических зарядов при деформации пьезоэлемента, а обратный - в его деформации под действием электрического поля. Таким образом, пластина излучает благодаря обратному пьезоэффек-ту, а принимает - благодаря прямому.  [2]

Прямой пьезоэффект состоит в том, что при сжатии или растяжении пластинки, вырезанной из кварца, сегнетовой соли и некоторых других кристаллов, на ее гранях появляются электрические заряды. Под действием продольной упругой волны на гранях пластинки периодически появляются заряды противоположных знаков. Прямой пьезоэффект используют для регистрации ультразвуковых волн.  [3]

Прямой пьезоэффект состоит в появлении электрических зарядов противоположных знаков на поверхностях кристаллов некоторых веществ при механическом воздействии на них. При изменении направления механического воздействия знаки зарядов изменяются на противоположные.  [4]

Прямой пьезоэффект заключается в том, что некоторые вещества с кристаллической структурой при действии механических сил могут электрически поляризоваться. Пьезоэффект присущ кристаллам с ионными решетками, имеющими низкую степень симметрии. При механических воздействиях происходит деформация элементарных ячеек кристалла и смещение положительных и отрицательных ионов относительно друг друга, что ведет к изменению электрических моментов и к поляризации кристалла в целом. С изменением деформации сжатия на деформацию растяжения ( или наоборот) направление поляризации меняется на противоположное.  [5]

Следствием прямого пьезоэффекта является обратный пьезоэффект - появление механической деформации под действием электрического поля. Связь между механическими и электрическими параметрами ( деформацией и электрическим полем) носит в обоих случаях линейный характер.  [6]

Явление прямого пьезоэффекта, заключающееся в возникновении зарядов на гранях кристаллов некоторых веществ при их растяжении и сжатии, было открыто в 1880 г. братьями Кюри.  [8]

Следствием прямого пьезоэффекта является обратный пьезоэффект - появление механической деформации под действием электрического поля. У некоторых пьезоэлектриков решетка положительных ионов в состоянии термодинамического равновесия смещена относительно решетки отрицательных ионов, в результате чего они оказываются электрически поляризованными даже без внешнего электрического поля. Такие кристаллы называются пнроэлектриками. Эти группы веществ находят широкое применение в технике и бытовых устройствах.  [9]

Следствием прямого пьезоэффекта является обратный пьезоэф-фект - появление механических деформаций под действием электрического поля. При упругой деформации происходит смещение положительных и отрицательных ионов друг относительно друга, что приводит к возникновению электрического момента. Пьезоэффекты наблюдаются только в кристаллах, не имеющих центра симметрии. Смещение частиц в кристаллах, обладающих центром симметрии, не приводит к появлению поляризованного состояния. В этом случае происходит электрическая компенсация моментов.  [10]

Благодаря прямому пьезоэффекту эти колебания обусловливают весьма интенсивные электрические колебания, которые используют для создания замкнутой электромеханической автоколебательной системы - кварцевого генератора.  [12]

Благодаря прямому пьезоэффекту эти колебания обусловливают весьма интенсивные электрические колебания, которые используют для создания замкнутой электромеханической автоколебательной системы - кварцевого генератора.  [14]

Благодаря прямому пьезоэффекту на поверхности пластинки кварца образуются электрические заряды и через пластинку проходит ток, совпадающий по фазе с приложенным напряжением. Следовательно, через кварц, кроме реактивной составляющей тока, проходит активная составляющая, которую называют пьезоэлектрической.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru

Что такое пьезоэлементы, и где они применяются

Пьезоэлектрики — диэлектрики, в которых происходит пьезоэффект, то есть те диэлектрики, которые могут под действием деформации индуцировать электрический заряд на своей поверхности (прямой пьезоэффект) или под влиянием внешнего электрического поля деформироваться (обратный пьезоэффект). Оба эффекта открыты братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 — 1881 годах.

Пьезоэлектрики широко применяются в современной технике как элементы датчиков (например давления) . Существуют пьезоэлектрические детонаторы, источники звука большой мощности, миниатюрные трансформаторы, кварцевые резонаторы для высокостабильных генераторов частоты, пьезокерамические фильтры, ультразвуковые линии задержки и другое. Наиболее широкое применение в этих целях кроме кристаллического кварца получила поляризованная пьезокерамика, изготовленная из поликристаллических сегнетоэлектриков, изготовленные из цирконата-титаната свинца.

Понять этот процесс проще всего на примере пьезоэлемента в зажигалке, который представляет собой маленький кристалл кварца, обладающий пьезоэлектрическими свойствами. Если приложить к такому кристаллу напряжение, то происходит деформация кристаллической решётки и изменение размеров кристалла. Так происходит прямой пьезоэффект.

Если сжать или растянуть кристалл кварца, то на его поверхности образуется напряжение. Это так называемый обратный пьезоэффект. Пьезоэлементы, которые под действием деформации индуцируют электрический заряд, уже давно используют для того, чтобы преобразовать механическую энергию в электричество. Например, на танцполах, и на автомобильных парковках.

Однако уверяем, что потенциал данных материалов этим не ограничивается. Например, европейские ученые представили свою разработку на конференции International Electron Devices Meeting. Они продемонстрировали прототип устройства с габаритами микромашины.

Для этого они применили в качестве пьезоэлемента нитрид алюминия вместо традиционного цирконат-титаната свинца. Этот прототип выполняет функцию беспроводного датчика температуры, который впитывает энергию от всевозможных вибраций и передает данные на базовую станцию каждые 15 секунд.

Сегодня установка на реактивные самолеты пьезопреобразователей позволяет экономить до 30 процентов топлива за счет колебаний фюзеляжа и крыльев самолета. Фирма «Филипс» создала светофор, батарея которого заряжается от шума. Нетрудно предположить, что подобные разработки будут появляться все чаще. Сфера их применения в перспективе значительно расширится.

Эксперты смело говорят о том, что в ближайшее время вообще исчезнет нехватка мощностей. Ведь, если есть пьезоэлемент, то можно извлекать электроэнергию из движущихся автомобилей и идущих людей. Даже по скромным подсчетам получается, что с десяти километров двухполосной пьезодороги можно будет получить примерно пять мегаватт в час! Чтобы иметь представление, насколько это много, достаточно вспомнить, что именно столько вырабатывает первая атомная станция в Обнинске.

mcgrp.ru

пьезоэффект - это... Что такое пьезоэффект?

пьезоэффект — пьезоэффект …   Орфографический словарь-справочник

пьезоэффект — сущ., кол во синонимов: 1 • эффект (29) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

пьезоэффект — Термин пьезоэффект Термин на английском piezoelectric effect, piezoeffect Синонимы Аббревиатуры Связанные термины "умные" материалы, кварцевые микровесы Определение обратимая электромеханическая связь электрической поляризации и… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

Пьезоэффект — Создание электрического напряжения пьезоэлектриком. Амплитуда колебаний диска сильно преувеличена для наглядности. Пьезоэлектрический эффект эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой… …   Википедия

пьезоэффект — pjezoelektrinis efektas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. piezoeffect; piezoelectric effect vok. Piezoeffekt, m; piezoelektrischer Effekt, m rus. пьезоэлектрический эффект, m; пьезоэффект, m pranc. effet piézo électrique, m …   Automatikos terminų žodynas

пьезоэффект — pjezoelektrinis reiškinys statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. piezoeffect; piezoelectric effect vok. Piezoeffekt, m; piezoelektrischer Effekt, m rus. пьезоэлектрический эффект, m; пьезоэлектрическое явление, n; пьезоэффект, m pranc.… …   Automatikos terminų žodynas

пьезоэффект — pjezoefektas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Pjezoelektriko poliarizacija dėl mechaninių įtempimų ar jo mechaninis įtempimas dėl elektrinio lauko poveikio. atitikmenys: angl. piezoeffect vok. Piezoeffekt, m rus.… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

пьезоэффект — pjezoefektas statusas T sritis chemija apibrėžtis Pjezoelektriko poliarizacija dėl mechaninio įtempio arba mechaninių įtempių atsiradimas dėl išorinio elektrinio lauko poveikio. atitikmenys: angl. piezoeffect rus. пьезоэлектрический эффект;… …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

пьезоэффект — pjezoelektrinis reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. piezoeffect; piezoelectric effect vok. Piezoeffekt, m; piezoelektrischer Effekt, m rus. пьезоэлектрический эффект, m; пьезоэлектрическое явление, n; пьезоэффект, m pranc. effet …   Fizikos terminų žodynas

пьезоэффект — пьезоэфф ект, а …   Русский орфографический словарь

orthographic.academic.ru

Пьезоэффект — wiki.web.ru

Иллюстрация пьезоэффекта в кварце

Пьезоэлектрический эффект, описываемый тензором третьего ранга, — это совокупность явлений, прямо пропорционально связывающих механические напряжения (растяжения или сжатия), описываемые тензором второго ранга, с электрическим полем (поляризацией) — векторным свойством.Величины возникших зарядов пропорциональны приложенной к кристаллу силе. Знак заряда при этом зависит от типа кристаллической структуры. Поскольку пьезоэлектрический эффект характеризуется полярным вектором и проявляется под воздействием центросимметричного (неполярного) тензора напряжений второго ранга, то это свойство возникает только в кристаллах, лишенных центра инверсии, т. е. имеющих полярные направления и принадлежащих к одному из 20 ацентричных классов симметрии. В кристаллах с симметрией 432, также без центра инверсии, полярных направлений нет (!), поэтому кристаллы с такой симметрией не могут быть пьезоэлектриками.

Кварц

Ярким примером проявления пьезоэлектрического свойства являются кристаллы кварца SiO2 (пространственная группа Р312) с одним неполярным направлением вдоль оси 3-го порядка, в структуре которых множество полярных направлений, три из которых параллельны трем осям 22. Вдоль этих осей 2-го порядка и наблюдается пъезоэффект, а сами направления называются электрическими осями. Структура кварца построена из кремнекислородных спиралей, закрученных вокруг осей 3-го порядка. Схематическая проекция одной из спиралей на плоскость (0001) структуры минерала показана на рисунке. Сжатие такой спирали вдоль одной из полярных осей 2-го порядка приводит к смещению атомов Si4+ и О2- с образованием электрических диполей и появлению разноименных зарядов на поверхностях, перпендикулярных направлению сжатия. Растяжение вдоль этого же направления приводит к смене знаков заряда. Если же кварцевую пластинку, вырезанную перпендикулярно оси 2-го порядка, поместить в переменное электрическое поле, то она начнет вибрировать — то сжиматься, то расширяться (за 1 сек. совершается до 105 колебаний), т. е. играть роль колебательного контура высокого качества.Благодаря этому свойству кварцевые пластины нашли широкое применение в радиоэлектронике в качестве стабилизаторов частот в радиоаппаратуре, для генерации и приема ультразвуковых волн и т. д.

Другие примеры

К настоящему времени изучены сотни веществ, кристаллы которых обладают пьезоэлектрическими свойствами. Кроме кварца и турмалина наиболее распространенными пьезоэлектриками являются кристаллы сегнетовой соли KNaC4h5O6 • 4Н2О, тертрата калия К3С4Н4О6 • 0,5Н2О, сульфата лития Li2SO4

Литература: Ю.К.Егоров-Тисменко "Кристаллография и кристаллохимия", КДУ, 2005, 590с.

wiki.web.ru

Что такое пьезоэлектрический эффект?

Пьезоэлектрический эффеект — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект) . Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля. Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах — пьезоэлектриках. Прямой эффект открыт братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 г. Обратный эффект был предугадан в 1881 г. Липпманом на основе термодинамических соображений и в том же году экспериментально подтверждён братьями Кюри. Пьезоэффект нельзя путать с электрострикцией. В отличие от электрострикции прямой пьезоэффект наблюдается только в кристаллах без центра симметрии (из 32 точечных групп кристаллов таких 21). Прямой пьезоэффект используется: •в пьезозажигалках, для получения высокого напряжения на разряднике; •в датчиках в качестве чувствительного к силе элемента (чем больше сила, тем выше напряжение на контактах.) ; •в качестве чувствительного элемента в микрофонах. •в контактном пьезоэлектрическом взрывателе (например к выстрелам РПГ-7) Обратный пьезоэлектрический эффект используется: •в пьезоизлучателях (эффективны на высоких частотах и имеют небольшие габариты, такие например устанавливаются в музыкальные открытки) , ультразвуковых излучателях; •в системах сверхточного позиционирования, например в системе позиционирования иглы в сканирующем туннельном микроскопе или позиоционер перемещения головки жёсткого диска; •для подачи чернил в широкоформатных принтерах, печатающих на сольвентных чернилах и чернилах с ультрафиолетовым отверждением; •в пьезоэлектрических двигателях. Прямой и обратный эффект используется: •в кварцевых резонаторах, используемых как эталон частоты; •в пьезотрансформаторах для изменения напряжения высокой частоты.

ques.ru

Акустоэлектрический эффект

Акустоэлектрический эффект. Пьезоэффект. Обратный пьезоэффект.

 

Возникновение постоянного тока или ЭДС в металлах или полупроводниках под действием интенсивной упругой волны высокой частоты, ультразвук, гиперзвук (1Ггц-1Тгц) в направлении ее распространения.

 

Строго говоря, это импульсная эдс звуковой частоты.

В принятой сегодня теории свободных электронов, считается, что появление тока связано с передачей  импульса (соответственно части энергии) электронам проводимости и дыркам. Такой ток аналогичен акустическому ветру и другим  эффектам  увлечения элементов среды интенсивной звуковой волной, распространяющейся в этой среде. Т.е. вызывается деформация проводника, при которой появляются локальные электрические поля, бегущие по кристаллу вместе с волной. Эти поля и приводят к увлечению носителей тока. Эффект относят к нелинейной акустике. ]

 

Что интересно. Эффект был обнаружен в монокристаллах германия и оказался незначительным. Но позже в кристаллах CdS (сернистый кадмий) ЭДС оказалась приличной, 1000 мв/см при интенсивности звука 0,01 Вт/cм2. И выяснилось, что кристалл является пьезоэлектриком. Но от этого физическое объяснение работы эффекта не изменилось. Т.е. носителем остался электрон.

 

Замечание нулевое.

 

Непонятность единиц измерения. Сколько вольт можно разместить на одном сантиметре? Физически это нельзя понять, а логически можно принять напряжение, снимаемое с единицы площади кристалла. То же касается и интенсивности: мощность с сантиметра квадратного, опять короче с площади кристалла.

Если подходить по нормальному, есть характеристика под названием давление. Это сила поделенная на площадь и измеряется она в паскалях. В то же время мощность это энергия, поделенная на время.  Так уж принято.

Не логично ли привести все к единой системе с поправкой на сопротивление воздействию?

Оставляю на суд читателей…

 

 

Замечание первое.

 

 Передача энергии пустому пространству, которое представляет собой дырка просто немыслимо, поскольку это всего лишь абстракция, отсутствие электрона у атома. Дырка не может нести энергии, она является вакансией, ее отсутствием. По теории полупроводников вакансия может перемещаться, но нести энергию это нонсенс, тем более отрицательную. Даже по этой сверх навороченной теории, сначала должен начать движение электрон (освободить место), и только потом появится дырка. А еще дырке невозможно передать энергию потому, что у нее нет массы.  Надо такой квазичастицы приписывать свойства фотона, но до этого еще не додумались. Но это так к слову.

 

Замечание второе.

 

 Заметив явный пьезоэффект, никто сразу  не проверил, как само по себе разумеющееся  влияние ультразвука на непроводящие ток пьезокристаллы. Оказывается эффект работает и в таких диэлектриках как кварц. Что на нет сводит представленное выше объяснение потока электронов как носителей тока. В диэлектриках по теории свободных электронов  их мало, либо отсутствуют вовсе. Кстати при большом звуковом давлении и достаточно коротком одиночном импульсе этот эффект наблюдается и при малых частотах, именно у металлов и пьезоэлектриков особенно. И объясняется обычным давлением звука. Механической причиной. Один опыт Мандельштама-Папалекси, Тоулмена-Стюарта  уже доказывает это. Они не приняли во внимание деформации провода при торможении раскрученного соленоида. Ток вызван пьезоэффектом, механическим воздействием на кристаллическую решетку метелла из которого создан провод катушки. Но там все раздуто до безобразия, аж ветер из электронов дует.

Вполне возможно и наблюдение такого эффекта в жидкостях и газах при импульсном и быстром изменении давления. Явление молнии и свечение в соленой воде можно считать следствием такого пьезоэффекта. И собственно не пьезоэффекта а факта прохождения тока в среде при механическом воздействии.

 

Пьезоэффект.

 

Для начала посмотрим на пьезоэффект с механической точки зрения.

Всем хорошо известно свойство металлов:  пластичность и способность упрочнятся при ковке.

В материалах типа кварц, непроводящих кристаллах, это свойство казалось бы практически сведено к нулю. Однако, как и у большинства металлов, такие материалы,  как правило, имеют структуру кристалла в виде гранецентрированного куба. Или близкую к нему.

И точно также эти кристаллы изменяют размеры при внешнем механическом воздействии. Причем даже именно у пьезоэлектриков этот эффект выражен гораздо сильнее. Такая структура в виде гранецентрированного куба наблюдается у большинства хорошо проводящих материалов – металлов и их соединений. Вполне логично считать что у металлов в силу меньшей способности изменять размеры при одинаковой приложенной силе этот эффект выражен слабее чем у пьезоэлектриков просто в силу меньшего размера кристаллов. Парадоксальный отсюда следует вывод: хрупкие с виду пьезоэлектрики при воздействии, не нарушающем их целостность, медленно нарастающем, более пластичны, чем металлы. Все дело только в отсутствии концентрированного удара, как в Карате-до. Получается, как видно из опыта, у пьезоэлектриков, чем больше деформация, полученная от неразрушающего воздействия, тем сильнее эффект, тем большую разность потенциалов можно получить. То есть у металлов этот эффект слабый, и разность потенциалов мала. Естественно все условия проведения опытов одинаковы.

 Гранецентрированный куб вполне определяет и свойство противоположное пластичности – хрупкость. Чем она выше, тем сильнее пьезоэффект.

Сама механика эффекта проста и незамысловата. Любое тело обладает свойством инерции. Даже при отсутствии точки опоры деформация при внешнем ударе присутствует, а значит, в той или иной мере  присутствует пьезоэффект у любых материалов.

 Как происходит образование потенциалов. При нарастающем воздействии происходит некоторая деформация куба  решетки. Она сжимается как пружина за счет: с одной стороны параллельных плоскостей кристалла, расположенных как сетка у матраса, с другой стороны прочность обеспечивается множеством  связей одновременно препятствующих разрушению, перпендикулярных воздействию. Верхний слой образца получает больший механический потенциал, чем ниже лежащие слои. Процесс сжатия – процесс затухающий. Поэтому и при ковке  металлов упрочняются в первую очередь верхние поверхностные слои. Нарастание напряжения происходит постепенно от самих верхних, до самых нижних слоев. В конце концов, все имеет свой предел прочности, до которого можно сжимать такую «пружину». На грани этого предела и работает пьезоэффект. Монокристалл с одной стороны более деформирован, чем с другой. Именно на этой сильнее деформированной стороне и накапливается больший потенциал, как механическое напряжение, так и соответственно электрическое. В нашем случае это плюс. В электротехнике это « минус» в силу недоразумения, как и недоразумение с Северным полюсом Земли, на самом деле Южном.

 

Поясним теперь возникновение пьезоэффекта на уровне взаимодействия атомов.

 

Рассмотрим сам пьезоэффект с позиции не электронной теории, и а с позиции передачи энергии излучением. Магнитным, электрическим. В силу многих причин нет смысла считать электронную теорию универсальной палочкой выручалочкой для объяснения и электрического тока и множества эффектов подобного этому. Только с позиции понимания общих принципов передачи энергии, и ее видового преобразования можно решить проблему в комплексе.

 

 

Любой механический Импульс не передается кристаллу или телу целиком. В нем не возникает волна сжатий и разряжений плотности. Она возникает только при периодическом воздействии. И это объясняется инерционностью массы. И не волна  является носителем тока. В общем-то, это и не волна, а серия импульсов излучения энергии, которая только может описываться математически в виде волны. На самом деле нет перемещения вверх вниз, есть перемещение элементов упругой среды в основном вперед назад. А перемещение вверх вниз определяется пластичностью. Можно ли такое перемещение называть волной – вопрос. Скорее это можно назвать импульсным возмущением среды, не обязательно периодическим.

 Сжатие от внешнего импульса, деформируя сначала атомы, деформирует и кристаллическую решетку, уплотняя ее.  Сами атомы, за счет движения при сжатии,  получают некоторое количество энергии, достаточное для излучения избытка порции энергии, которая излучается и передается дальше последовательно, атом за атомом,  атомам  и решетке, меняя и форму решетки и свою собственную. В связи с сопротивлением (упругостью) этот процесс затухающий. Поэтому-то и нет как таковой волны. Изменение собственной формы атома влечет за собой изменение скорости его вращения и, следовательно, свойств. Это свойство имеет электромагнитную природу, поскольку изменяется магнитное поле атома (оно тоже сжимается и вытягивается во взаимно перпендикулярных плоскостях), затем изменяется его взаимодействие в системе атомов, в кристаллической решетке. Меняется спектр его излучения. И вроде диэлектрик вначале не проводивший электрический ток, на короткое время в локальной поверхностной области приложения механической силы становится проводником. Внешнее излучение, если это одиночный импульс недостаточной мощности поглощается и вызывает слабую деформацию. Любое механическое воздействие в конечном счете сводится к электромагнитному. Сам пьезоэффект и объясняет сам себя. Но поскольку тело обладает инерцией, то импульс как бы застревает в начале. И только следующий импульс начнет наращивать  уплотнение по направлению распространения внешнего воздействия. То есть для первого же импульса создается потенциал на одном конце больший, чем на другом. Появляется разность потенциалов, которую сама собой не ликвидируется без внешнего воздействия. Аккумулирование энергии до критического состояния. В принципе это уже объясняет явление пьезоэффекта как резонансное (несколько грубо, скорее синхронное) поглощение энергии внешнего воздействия атомом и решеткой. При частом периодическом  поступлении импульсов локальная деформация медленно нарастает, а общая деформация перемещается к концу кристалла, причем размеры кристалла и расположение осей имеет большое значения при таком поглощении. Собственная частота  вращения атомов и геометрия решетки определяют собственную частоту колебаний кристалла. Когда к нему присоединен проводник с внешним  импульсным источником питания. Кристалл в целом начинает колебаться и модулировать (импульсно частотная модуляция) импульсы в соответствии с собственной частотой. Если к поверхностям кристалла не присоединен хороший проводник, совпадающий по спектру поглощения со  спектром излучения возбужденных атомов, кристалл, полностью деформировавшийся и изменивший резонансную частоту, будет воспринимать внешние воздействия только очень слабой интенсивности. Большая интенсивность  и частота могут привести к большей деформации и без резонансного поглощения вплоть до разрушения кристалла.

Таким образом, если внешнее излучение, скорее импульсное чем волновое, достаточно большой частоты, то за счет инерции массы импульсы сглаживаются и, наконец, при съеме эдс мы получаем постоянный ток, чем больше частота, тем глаже. Это еще одно свойство пьезоэффекта при высокочастотном воздействии. Акустоэлектрический эффект. См. выше. Причем ток то не переменный (волновой) а именно импульсный. То есть пьезокристалл  не является колебательным контуром!!!!!

 

Почему кристалл принимает обратную форму при соединении поверхностей проводником? В воздух кристалл не излучает интенсивно по причине сильного несовпадения основных линий спектра. Это и объясняет в принципе электропроводность.

К кристаллу вплотную необходимо присоединить металлическую проводящую пленку – электрод. А у большинства металлов линии спектра (не в газообразном состоянии они перекрываются, поэтому и сплошной в спектроскопии) совпадают и совпадают с  линиями спектра излучения атомов кристалла в возбужденном состоянии. Разность потенциалов ликвидируется за счет электрического разряда или потребляющей ток нагрузки, а также механическим растяжением. Кристалл возвращается в основное состояние. Происходит то же самое что происходит и в грозовом облаке – увеличение потенциала по отношению к окружающей среде, сброс разряда –молния, электрический пробой, множество других видоизмененных способов передачи энергии тока. Фактически тот же пьезоэффект. Любой замкнутый проводящий канал снимает разность потенциалов.

    В тоже время при сверхпроводимости соединяющего проводника данное напряжение снять невозможно и ток будет циркулировать почти бесконечно. Источник напряжения в принципе халявный, но не в смысле затрат энергии на поддержание сверхпроводимости. См. Джозефсона эффект

Высоко температурная сверхпроводимость это и есть получение при комнатной  и выше температуре данного эффекта.

 

 

Обратный пьезоэффект: приложенная разность потенциалов изменяет размеры проводника,  опять связана с излучением, но уже исходящим от проводника со сплошным спектром. Индуцированный пьезоэффект в металле получается путем подключения внешнего источника излучения (ЭДС).

Следствие: лазерным импульсом большой мощности можно вызвать пьезоэффект. См. Поккельса эффект

 

Посмотрим, как эффект толкует  обычная физика:

 

Известно, что некоторые твердые материалы, например, кварц способны в электрическом поле изменять свои линейные размеры. Железо, никель, их сплавы или окислы при изменении окружающего магнитного поля также могут изменять свои размеры. Первые из них относятся к пьезоэлектрическим материалам, а вторые - к пьезомагнитным. Соответственно различают пьезоэлектрический и пьезомагнитный эффекты. Существует прямой и обратный пьезоэффекты. Прямой - это появление электрического заряда при деформации пьезоэлемента. Обратный - линейное изменение размеров пьезоэлемента при изменении электрического поля. Впервые пьезоэффект обнаружили Жанна и Поль Кюри в 1880 году на кристаллах кварца. В дальнейшем эти свойства были открыты более чем у 1500 веществ, из которых широко используются сегнетова соль, титанат бария и др.

Работа различных приборов пьезоэлектроники основана на пьезоэлектрическом эффекте, который был открыт в 1880 г. французскими учеными братьями П. Кюри и Ж. Кюри. Слово "пьезоэлектричество" означает "электричество от давления". Прямой пьезоэлектрический эффект или просто пьезоэффект состоит в том, что при давлении на некоторые кристаллические тела, называемые пьезоэлектриками, на противоположных гранях этих тел возникают равные по величине, но разные по знаку электрические заряды. Если изменить направление деформации, т. е. не сжимать, а растягивать пьезоэлектрик, то заряды на гранях изменят знак на обратный.

К пьезоэлектрикам относятся некоторые естественные или искусственные кристаллы, например, кварц или сегнетова соль, а также специальные пьезоэлектрические материалы, например, титанат бария. Кроме прямого пьезоэффекта применяется также и обратный пьезоэффект, который состоит в том, что под действием электрического поля пьезоэлектрик сжимается или расширяется в зависимости от направления вектора напряженности поля. У кристаллических пьезоэлектриков интенсивность прямого и обратного пьезоэффекта зависит от того, как направлена относительно осей кристалла механическая сила или напряженность электрического поля.

Для практических целей применяют пьезоэлектрики различной формы: прямоугольные или круглые пластинки, цилиндры, кольца. Из кристаллов такие пьезоэлементы вырезают определенным образом, соблюдая при этом ориентировку относительно осей кристалла. Пьезоэлемент помещают между металлическими обкладками или наносят металлические пленки на противоположные грани пьезоэлемента. Таким образом, получается конденсатор с диэлектриком из пьезоэлектрика

Если к такому пьезоэлементу подвести переменное напряжение, то пьезоэлемент за счет обратного пьезоэффекта будет сжиматься и расширяться, т. е. совершать механические колебания. В этом случае энергия электрических колебаний превращается в энергию механических колебаний с частотой, равной частоте приложенного переменного напряжения. Так как пьезоэлемент обладает определенной частотой собственных колебаний, то может наблюдаться явление резонанса. Наибольшая амплитуда колебаний пластинки пьезоэлемента получается при совпадении частоты внешней ЭДС с собственной частотой колебаний пластинки. Следует отметить, что имеется несколько резонансных частот, которые соответствуют различным типам колебаний пластинки.

Под воздействием внешней переменной механической силы на пьезоэлементе возникает переменное напряжение той же частоты. В этом случае механическая энергия преобразуется в электрическую и пьезоэлемент становится генератором переменной ЭДС. Можно сказать, что пьезоэлемент является колебательной системой, в которой могут происходить электромеханические колебания. Каждый пьезоэлемент эквивалентен колебательному контуру. В обычном колебательном контуре, составленном из катушки и кондера, периодически осуществляется переход энергии электрического поля, сосредоточенной в кондере, в энергию магнитного поля катушки и наоборот. В пьезоэлементе механическая энергия периодически переходит в электрическую. Посмотрим на эквивалентную схему пьезоэлемента:

Рис. 1 - Эквивалентная схема пьезоэлемента

 

Индуктивность L отражает инерционные свойства пьезоэлектрической пластинки, емкость С характеризует упругие свойства пластинки, активное сопротивление R - потери энергии при колебаниях. Емкость С0 называется статической и представляет собой обычную емкость между обкладками пьезоэлемента и не связана с его колебательными свойствами.

 

 

Но это только от переменного тока. Или от переменного механического воздействия: сжал-растянул, упал-отжался.

 

Что еще сказать по данному поводу. Кварц, как известно очень хорошо пропускает

Ультрафиолетовое излучение, причем полоса пропускания достаточно узкая. Что происходит при пьезоэффекте. Поскольку электрический ток в металлах это ультрафиолетовое излучение – ультрафиолетовый шум, спектр  практически сплошной, то совпадение спектров в ультрафиолетовой области металла и кварца может наступить и без деформации кристалла, то есть надо подобрать соответствующий металл или сплав. Что можно получить в итоге. Сверхпроводимость  при обычных условиях. Что это может быть за металл?   Литий  и Ему подобные щелочные металлы. И лучше всего цезий.

То есть в световодах из кварца можно вместо видимого света использовать  ультрафиолетовое излучение, то есть электрический ток, а, следовательно, можно обойтись без электронноптических преобразователей!  Сам контакт металл – кварц и будет преобразователем.  Опять же все это будет работать на черт знает каких расстояниях без усилителей.

При белом шуме или при несовпадении спектров кварц начинает вибрировать, то есть переводить ненужное излучение в механическую работу.

У кварца две модификации: a-фаза Гексогональная и устойчивая при 870-573 0С  и b-фаза при t  меньшей 573 0С  тригональная. Эта решетка аналог гексагональной, только это не правильный куб, а ромбоэдрический вытянутый по двум противолежащим углам.

Так вот: пьезоэффект для второй фазы гораздо сильнее, чем при первой.

От  чего это получается. Кристаллографическая ось и есть ось, по которой сжимается кристалл до получения гранецентрированного, напряженного состояния.

 

 

С пьезоэффектом напрямую связан пироэффект . В некоторых кристаллах  суммарный  дипольный  момент отличен от нуля даже в отсутствие внешнего электрического поля. Такого рода кристаллы называют самопроизвольно  или  спонтанно поляризованными кристаллами. Другое название этих кристаллов - п и р о э л е к т р и к и.  Это название появилось потому, что

пироэлектрики обнаруживают   по возникновению заряда на их поверхности при нагревании или охлаждении.

 

Ну какой дипольный момент?

Можно подумать, что обнаружили вращение кристалла в электрическом поле, как же…

Хотя оно и есть возможно, но не с дипольным моментом связано. Вообще понятие дипольного момента вещь абстрактная до невозможности. Вещь, которую нельзя измерить. Только посчитать теоретически. Есть другое = момент силы, который изменяется с изменением длины рычага. Это Архимед придумал. А все что в нынешнее время, все от лукавого.

Строго говоря это явление напрямую связанное с электретами. То же самое нагревание -  остывание, но не между обкладками внешнего конденсатора, а просто в воздушной среде. И кто  сказал, что это поле электрическое, а точнее просто ток излучения в ней, в воздушной среде отсутствует напрочь? Объяснять ортодоксам, все равно что обывателям, бесполезно, что все вокруг нас пронизано токами – потоками излучений. То есть внешнее электрическое поле, как его называют, присутствует всегда и везде, только измерять его надо соответствующими методами и приборами, а не списывать на сомнительные теории.

 Почему возникает такой эффект? Да очень просто. Это совпадение спектра поглощения и излучения материала со спектром внешнего излучения при изменении температуры за счет изменения свойств атомов материала.  Наступление сверхпроводимости. Раз сверхпроводимость, значит не аккумуляция (концентрация внешнего излучения, тока), в отличие от электретов, где она (энергия) запасается явно. Оттого и старение электретов. Это относится и к магнитам.

   В дополнение к пьезоэффекту: Считается что пьезокристалл – диэлектрик. Да. Для слабых токов вроде бы и так. А на самом деле? Берем два пьезокристалла, например, от обычной зажигалки, соединяем последовательно и нажимаем. Со второго кристалла снимаем приличный импульс-разряд, что говорит об отличной проводимости диэлектрика. То есть не о пробое, а именно о проводимости!!! Кристалл то не разрушается!! Значит у него есть сопротивление электрическому току. И оно не подчиняется закону Ома.

 

А вот изложение от  современного представления в теоретической физики

 

Механизм пьезоэффекта можно по­яснить на примере кристалла кварца (рис. 1), элем. ячейка к-рого, содер­жащая три моле­кулы SiO2, схема­тически изображе­на на рис. 2. При сжатии вдоль оси Х1положит. ион 1(Si+) и отрицат. ион 2(O-) переме­щаются в глубь ячейки, в резуль­тате чего на плос­костях А и В появ­ляются заряды. При растяжении на плоскостях А и В возникают заряды противо­положного знака. Пьезоэффекты на­блюдаются только в кристаллах, не имеющих центра симметрии. Спра­ведливо общее утверждение: в кри­сталлах, обладающих центром сим­метрии, пьезоэффект невозможен. На­личие др. элементов симметрии (оси,

Рис.    1.    Кристалл кварца SiO2.

Рис. 2. Схема структуры кварца: проекции ионов Si+ и О- на плоскость, перпендику­лярную оси третьего порядка. Заштрихован­ные кружки Соответствуют ионам Si+, свет­лые — паре ионов О-; а, — недеформирован­ное состояние; б — сжатие вдоль оси X1; в — растяжение вдоль оси X1.

 

плоскости симметрии; см. Симметрия кристаллов) может запрещать появ­ление поляризации в некоторых на­правлениях или при деформациях, т. е. также ограничивает число кри­сталлов — П. В результате П. мо­гут принадлежать лишь к 20 то­чечным группам симметрии (из 32): 1, 2, 3, 4, 6, т, mm2, 3m, 4mm, 6mm, 222,4, 422, 42m, 6, 622, 6m 2, 32, 23m, 3. Кристаллы первых 10 классов — пироэлектрики, т. е. обладают поляризацией в отсут­ствие внешних воздействий. В этих кристаллах пьезоэффект проявляется, в частности, в изменении величины спонтанной поляризации при механич. деформации. Пьезоэлектрич. св-ва мо­жно создавать в некоторых некри­сталлических диэлектриках за счёт образования в них т. н. пьезоэлектрической текстуры, напр. поляриза­цией в электрическом поле (пьезокерамика), механич. обработкой (дре­весина) и др.

Количеств. хар-кой пьезоэффекта явл. совокупность пьезоконстант — коэфф. пропорциональности в соот­ношениях между электрич. величина­ми (напряжённость электрич. поля Е, поляризация P) и механич. вели­чинами (механич. напряжения s, от­носит. деформации u). Напр., поляри­зация, возникающая в П. под дей­ствием механич. напряжения s, вы­ражается соотношением P=ds. Пол­ная поляризация (с учётом электрич. поля) складывается из поляризации, вызванной механич. напряжением, и поляризации, вызванной электрич. по­лем. Она равна: P=ds+cE(c диэлектрич. восприимчивость). Коэфф. d — одна из пьезоконстант. Т. к. механич. напряжения могут быть пред­ставлены как совокупность шести не­зависимых величин (сжатия и растя­жения вдоль трёх осей, а также сдвиги в плоскостях, перпендикулярных этим осям), а вектор поляризации имеет три независимые компоненты, то в общем случае может быть 18 разных пьезоконстант. Пьезоконстантами наз. также коэфф. в соотношениях: P=ru+cЕ, u=ss+gP (коэфф. s — упругая податливость) и т. п. Все пьезоконстанты (d, r, g) связаны друг с другом, так что при описании пьезо­электрич. св-в кристалла можно огра­ничиться только константами одно­го типа, напр. d.

Величины пьезоконстант сильно раз­личаются для кристаллов разных ти­пов. Для ионных кристаллов порядок величины пьезоконстант можно оце­нить след. образом. Допустим, что разноимённые ионы сдвинулись под действием механич. напряжения s на расстояние l. Возникший при этом дипольный момент на единицу объёма P~е1/а3, где е — заряд иона (можно считать равным заряду эл-на), а — постоянная решётки. Относит. дефор­мация u~l/а. Из выражений P=ds и s=cu (Гука закон) следует, что d~P/s=P/lcu~e/a2c. Принимая е~ ~10-10 ед. СГСЭ, a~10-8—10-7 см, а с~1012 СГСЭ, получим d=10-6— 10-8 ед. СГСЭ. Для кварца, напр., величины пьезоконстант составляют неск. ед. на 10-8 ед. СГСЭ. Сущест­венно больших величин могут дости­гать пьезоконстанты у сегнетоэлектриков, т. к. их поляризация может быть связана с перестройкой доменной структуры при механич. деформации.

П. применяются в технике и лабо­раторной практике, медицине и др.

• Кэди У., Пьезоэлектричество и его практические применения, пер. с англ., М., 1949; Калашников С. Г., Электриче­ство, 4 изд., М., 1977; С и в у х и н Д. В., Общий курс физики, т. 3, М., 1977. См. так­же лит. при ст. Диэлектрики.

А.   П.   Леванюк.

ПОПЕРЕЧНЫЙ АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКАХ

Е. Д. Гутлянский, С. Е. Гутлянский

НИИ физики Южного федерального университета, Ростов-на-Дону

Известия РАН. Серия физическая

 -  том 73, № 3, Март 2009, С. 446-448

 

В сверхпроводнике второго рода с ферромагнитной подсистемой и пренебрежимо малым эффектом Холла продольная ультразвуковая волна увлекает вихревую структуру в направлении своего распространения и генерирует постоянное поперечное электрическое поле (акустоэлектрическое поле). Это поле имеет максимум по температуре и внешнему магнитному полю. Величина и положение этих максимумов зависят от величины и направления внутреннего ферромагнитного момента сверхпроводника. Показано, что экспериментальное исследование зависимости акустоэлектрического поля от температуры в фиксированном внешнем магнитном поле или при фиксированной температуре от величины внешнего магнитного поля позволяет измерить магнитный момент и магнитную восприимчивость ферромагнитной подсистемы сверхпроводника и коэффициент вязкости вихревой структуры.

 

 

 

Пока еще не рассматривался.

 

Фатьянов А.В.    Спб.  26. 08 .2010 

 [email protected]

 

 

 

 

 

В начало на лист изменений

 

 

 

 

 

 

fatyf.narod.ru

Как работает пьезоэлемент в зажигалке?

Слушай, Пьезо торгуем. А вот как там какой-то элемент работает.... не в курсе. Пойду, узнаю...

Пьезоэлементы - кристаллы некоторых солей, напр. сегнетовой. Изготовляется плоская пластина, по противоположным сторонам которой монтируются (напыляются, электроды.При деформации ее, ударе, на этих электродах появляется ЭДС.

Там при нажатии пьезоэлементы, соединённые последовательно, чтоб больше вольт получить, вырабатывают напряжение, плюс ещё есть небольшой транформатор, чтоб его повысить и получить искру. <br>_________________ <br> <br>ha_sash: <br>Это свойство пьезоэлектриков. Уж извини - достаточно сложно объяснять особенности кристаллической решётки, и что такое анизотропия кристаллов... ПРосто прими как факт. есть такие вещества, называемые пьезоэлектриками (пьезо по-гречески и значит давление), которые, если на них нажать, электризуются, т. е. создают электрическое поле. Если на пластинку из такой фигни напылить электроды и приложить напряжение в направлении вдоль электродов, то на них образуется напряжение. Ну вот примерно так.

А откуда именно он появляетца, за счет чего, в чем суть, в особеносте решодки кресталическай или ф чем, какова суть из за чего енергия преобразуетцо, мне тожо интересно :) ___________________ LeonidМастер - Это я и так вроде понимаю :) мне просто интересен сам механизм процесса, ну хотябы предположительный, как нпример електричество никто не знает основательно что это такое но у всех есть хоть какое то представление,. . будто оно течет по проводам :)))

Кристалл сегнетовой соли или кварца обладает свойством при изменении его формы (искривлении) вырабатывать электричество. Т. е. смещение слоев кристалла относительно друг друга приводит к появлению ЭДС (электродвижущей силы) или электрического тока. Искра, появляющаяся на поверхности кристалла и поджигает газ зажигалки. В принципе, такая зажигалка будет "вечной", знай только заправляй газ.

если совсем кратко и просто, то по описанным выше кристаллам, обладающим пьезоэлектрическими свойствами при нажатии на кнопку производится удар (засчет пружинки), при изменении их геометрических размеров(сжатии) возникает эдс и пробегает искра.

Пьезоэлемент в зажигалке - это маленький кристалл кварца, обладающий пьезоэлектрическими свойствами. При приложении к такому кристаллу напряжения (разности потенциалов) происходит деформация кристаллической решётки и изменение размеров кристалла. Это - прямой пьезоэффект. Наоборот, при сжатии или растяжении кристалла кварца на поверхности кристалла образуется разность потенциалов (напряжение). Это - обратный пьезоэффект. Из-за высокой жесткости кристалла деформация пьезоэлектрика весьма незначительна по величине. Например, кварцевая пластина толщиной 1 мм под действием напряжения 100 В изменяет свою толщину всего на  2,3 х 10-7мм. И обратно, даже сравнительно несильный удар по кристаллу кварца в зажигалке вызывает появление довольно высокого напряжения в несколько сотен Вольт. Происходит электрический пробой воздушного промежутка и между электродами проскакивает искра, поджигая газ. Вот так достижения современной физики помогают нам губить наше здоровье ...Закурим? :-)))

Пьезоэлектричество — эффект продуцирования веществом (кристаллом) электрической силы при изменении формы. Пьезоэлектрики — кристаллы (пьезокристаллы), которые обладают (наделены) свойством при сжатии продуцировать электрический заряд (прямой пьезоэффект) или обратным свойством под действием электрического напряжения изменять форму: сжиматься/расширяться, скручиваться, сгибаться (обратный пьезоэффект). Пьезоэлектричество открыто братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880—1881 гг. [1] Исполнительные устройства — конвертируют электрическую энергию в механическую. Сенсоры (датчики, генераторы), наоборот, конвертируют механическую энергию в электрическую. Существуют однослойные, двухслойные и многослойные пьезокристаллы. Однослойные — под воздействием электричества изменяются в ширину, длину и толщину. Если их растянуть или сжать, они генерируют электричество. Двухслойные — могут быть использованы как однослойные, могут сгибаться или удлиняться. «Сгибатели» создают наибольшую величину перемещения относительно других видов, а «расширители», будучи более упругими, развивают гораздо большее усилие при гораздо меньшем перемещении. Многослойные — развивают наибольшую силу при минимальном перемещении (изменении формы). В 1950—1960-е года в СССР изучением пьезоэлектричества занимался Всесоюзный научно-исследовательский институт пьезооптического минерального сырья, который издавал ежегодные научные труды.

touch.otvet.mail.ru

---

• 
  Какие бывают припои
• 
  Определение сопротивления
• 
  Амперметры переменного тока
• 
  Индукция трансформатора
• 
  Zelio программирование
• 
  Регистрация личный кабинет петроэлектросбыт
• 
  Кто должен менять счетчик электроэнергии
• 
  Ту тс
• 
  Предохранители 10 кв для трансформаторов
• 
  Замеры освещения помещений
• 
  Генератор света