1. Пьезоэлектрический эффект.
Внекоторых кристаллах поляризация может возникнуть и без внешнего поля, есликристалл подвергается механическим деформациям. Это явление, открытое в 1880 г. Пьером и Жаком Кюри, получило название пьезоэлектрического эффекта.
Чтобыобнаружить пьезоэлектрические заряды, на грани кристаллической пластинкинакладывают металлические обкладки. При разомкнутых обкладках между ними придеформации появляется разность потенциалов. При замкнутых обкладках на нихобразуются индуцированные заряды, равные по величине поляризационным зарядам,но противоположные им по знаку, и в цепи, соединяющей обкладки, в процесседеформации возникает ток. Рассмотрим основные особенности пьезоэлектрическогоэффекта на примере кварца. Кристаллы кварца SiO2 существуют в различныхкристаллографических модификациях. Интересующие нас кристаллы (a-кварц)принадлежат к так называемой тригональной кристаллографической системе и обычноимеют форму, показанную на рис.1. Они напоминают шестигранную призму,ограниченную двумя пирамидами, однако имеют еще ряд дополнительных граней.Такие кристаллы характеризуются четырьмя кристаллическими осями, определяющимиважные направления внутри кристалла.
Однаиз этих осей — Z соединяет вершины пирамид. Три другие X1, Х2, Х3перпендикулярны к оси Z и соединяют противолежащие ребра шестигранной призмы.Направление, определяемое осью Z, пьезоэлектрически неактивно: при сжатии илирастяжении по этому направлению никакой поляризации не происходит. Напротив,при сжатии или растяжении в любом направлении, перпендикулярном к оси Z,возникает электрическая поляризация. Ось Z называется оптической осьюкристалла, а оси X1, Х2, Х3 — электрическими или пьезоэлектрическими осями.
Рассмотримпластинку кварца, вырезанную перпендикулярно к одной из пьезоэлектрических осейX. Ось, перпендикулярную к Z и X, обозначим через Y (рис. 2). Тогдаоказывается, что при растяжении пластинки вдоль оси Х на перпендикулярных к нейгранях АВСD и ЕFGН появляются разноименные поляризационные заряды. Такойпьезоэлектрический эффект называется продольным. Если изменить знак деформации,т. е. перейти от растяжения к сжатию, то и знаки поляризационных зарядовизменятся на обратные.
/>
Рис.1. Кристалл кварца.
Возникновениеполяризационных зарядов определенных знаков при данном типе деформации(растяжение или соответственно сжатие) показывает, что концы осей Хнеравноправны, и осям Х можно приписать определенные направления (что отмеченона рис. 1 стрелками). Это значит, что при данной деформации знак заряда зависитот того, направлена ли ось Х по внешней нормали к грани или по внутренней.Такие оси с неравноправными концами получили название полярных осей. В отличиеот полярных осей Х1, Х2, Х3, концы оси Z совершенно равноправны и она являетсянеполярной осью./>
Рис.2. Кварцевая пластинка, вырезанная перпендикулярно к пьезоэлектрической оси.
Неравноправностьконцов полярной оси проявляется, конечно, не только в пьезоэлектрическомэффекте, но и в других явлениях. Так, например, скорость химического травленияграней, расположенных у разных концов полярной оси, оказывается различной иполучающиеся при этом фигуры травления отличаются друг от друга.
Нарядус продольным пьезоэлектрическим эффектом существует также поперечныйпьезоэлектрический эффект. Он заключается в том, что при сжатии или растяжениивдоль оси Y возникает поляризация вдоль оси Х и на тех же гранях АВСD и ЕFGНпоявляются поляризационные заряды. При этом оказывается, что знаки зарядов накаждой грани при сжатии вдоль Y (в поперечном эффекте) такие же, как прирастяжении вдоль Х (в продольном эффекте).
Пьезоэлектрическийэффект объясняется следующим образом В ионных кристаллах вследствиенесовпадения центров положительных и отрицательных ионов имеется электрическиймомент и в отсутствие внешнего электрического поля. Однако эта поляризацияобычно не проявляется, так как она компенсируется зарядами на поверхности. Придеформации кристалла положительные и отрицательные ионы решетки смещаются друготносительно друга, и поэтому, вообще говоря, изменяется электрический моменткристалла. Это изменение электрического момента и проявляется впьезоэлектрическом эффекте.
Рис.3 качественно поясняет возникновение пьезоэлектрического эффекта в кварце.Здесь схематически показаны проекции положительных ионов Si (заштрихованныекружки) и отрицательных ионов О (светлые кружки) в плоскости, перпендикулярнойк оптической оси Z. Этот рисунок не соответствует фактической конфигурацииионов в элементарной ячейке кварца, в которой ионы не лежат в одной плоскости,а их число больше показанного. Он, однако, правильно передает симметриювзаимного расположения ионов, что уже достаточно для качественного объяснения.
Рис.3, а) соответствует недеформированному кристаллу. На грани A, перпендикулярнойк оси X1, имеются выступающие положительные заряды, а на параллельной ей граниВ — выступающие отрицательные заряды. При сжатии вдоль оси X1 (рис. 3, б)элементарная ячейка деформируется. При этом положительный ион 1 и отрицательныйион 2 «вдавливаются» внутрь ячейки, отчего выступающие заряды (положительный наплоскости А и отрицательный на плоскости В) уменьшаются, что эквивалентнопоявлению отрицательного заряда на плоскости А и положительного заряда наплоскости В. При растяжении вдоль оси X1 имеет место обратное (рис. 3, в): ионы1 и 2 «выталкиваются» из ячейки. Поэтому на грани А возникает дополнительныйположительный заряд, а на грани В — отрицательный заряд.
а)б)
/>
/> в)
Рис.3. К объяснению пьезоэлектрического эффекта.
Расчетыв теории твердого тела в согласии с опытом показывают, что пьезоэлектрическийэффект может существовать только в таких кристаллах, в которых элементарнаяячейка не имеет центра симметрии. Так, например, элементарная ячейка кристалловCsCl (рис. 4) имеет центр симметрии и эти кристаллы не обнаруживаютпьезоэлектрических свойств. Расположение же ионов в ячейке кварца таково, что внем центр симметрии отсутствует, и поэтому в нем возможен пьезоэлектрическийэффект.
/>
Рис.4. Элементарная ячейка кристалла хлористого цезия CsCl.
Величинавектора поляризации Р (и пропорциональная ей поверхностная плотностьпьезоэлектрических зарядов о') в определенном интервале изменений пропорциональнавеличине механических деформаций. Обозначим через и деформацию одностороннегорастяжения вдоль оси X:
u=Dd/d, (1)
гдеd — толщина пластинки, а Dd — ееизменение при деформации. Тогда, например, для продольного эффекта имеем:
P=Px=bu (2)
Величинаb называется пьезоэлектрическиммодулем. Знак b может быть какположительным, так и отрицательным. Так как и безразмерная величина, то b измеряется в тех же единицах, что и Р, т.е.в Кл/м2. Величина поверхностной плотности пьезоэлектрических зарядов на гранях,перпендикулярных к оси X, равна s'=Рх
Вследствиевозникновения пьезоэлектрической поляризации при деформации изменяется иэлектрическое смещение D внутри кристалла. В этом случае в общем определениисмещения под Р нужно понимать сумму Рe+Pu, где Pe oбусловлено электрическимполем, а Рu — деформацией. В общем случае направления Е, Pe и Рu не совпадают ивыражение для D получается сложным. Однако для некоторых направлений,совпадающих с осями высокой симметрии, направления указанных векторовоказываются одинаковыми. Тогда для величины смещения можно написать:
D=e0eE+bu, (3)
гдеЕ — напряженность электрического поля внутри кристалла, а e — диэлектрическая проницаемость припостоянной деформации. Соотношение справедливо, например, при деформацииодностороннего растяжения (сжатия) вдоль одной из электрических осей X. Оноявляется одним из двух основных соотношений в теории пьезоэлектричества (второесоотношение приведено).
Пьезоэлектрическийэффект возникает не только при деформации одностороннего растяжения, но и придеформациях сдвига.
Пьезоэлектрическиесвойства наблюдаются, кроме кварца, у большого числа других кристаллов. Гораздосильнее, чем у кварца, они выражены у сегнетовой соли. Сильнымипьезоэлектриками являются кристаллы соединений элементов 2-й и 6-й групппериодической системы (СdS, ZnS), а также многих других химических соединений.
2.Обратный пьезоэлектрический эффект.
Нарядус пьезоэлектрическим эффектом существует и обратное ему явление: впьезоэлектрических кристаллах возникновение поляризации сопровождаетсямеханическими деформациями. Поэтому, если на металлические обкладки,укрепленные на кристалле, подать электрическое напряжение, то кристалл поддействием поля поляризуется и деформируется.
Легковидеть, что необходимость существования обратного пьезоэффекта следует иззакона сохранения энергии и факта существования прямого эффекта. Рассмотримпьезоэлектрическую пластинку (рис. 5) и предположим, что мы сжимаем ее внешнимисилами F. Если бы пьезоэффекта не было, то работа внешних сил равнялась быпотенциальной энергии упруго деформированной пластинки. При наличиипьезоэффекта на пластинке появляются заряды и возникает электрическое поле,которое заключает в себе дополнительную энергию. По закону сохранения энергииотсюда следует, что при сжатии пьезоэлектрической пластинки совершается большаяработа, а значит, в ней возникают дополнительные силы F1, противодействующиесжатию. Это и есть силы обратного пьезоэффекта. Из приведенных рассужденийвытекает связь между знаками обоих эффектов. Если в обоих случаях знаки зарядовна гранях одинаковы, то знаки деформаций различны. Если при сжатии пластинки награнях появляются заряды, указанные на рис. 5, то при создании такой же поляризациивнешним полем пластинка будет растягиваться.
/>
Рис.5. Связь прямого и обратного пьезоэлектрических эффектов.
Обратныйпьезоэлектрический эффект имеет внешнее сходство с электрострикцией. Однако обаэти явления различны. Пьезоэффект зависит от направления поля и при изменениинаправления последнего на противоположное изменяет знак. Электрострикция же независит от направления поля. Пьезоэффект наблюдается только в некоторыхкристаллах, не обладающих центром симметрии. Электрострикция имеет место вовсех диэлектриках как твердых, так и жидких.
Еслипластинка закреплена и деформироваться не может, то при создании электрическогополя в ней появится дополнительное механическое напряжение Его величина sпропорциональна напряженности электрического поля внутри кристалла:
s=-bЕ (4)
гдеb — тот же пьезоэлектрический модуль,что и в случае прямого пьезоэффекта. Минус в этой формуле отражает указанноевыше соотношение знаков прямого и обратного пьезоэффектов.
Полноемеханическое напряжение внутри кристалла складывается из напряжения, вызванногодеформацией, и напряжения, возникшего под влиянием электрического поля. Оноравно:
s=Cu-bE (5)
ЗдесьС есть модуль упругости при деформации одностороннего растяжения (модуль Юнга)при постоянном электрическом поле. Формулы (51.2) и (52.2) являются основнымисоотношениями в теории пьезоэлектричества.
Принаписании формул мы выбирали u и Е в качестве независимых переменных и считалиD и s их функциями. Это, конечно, необязательно, и мы могли бы считатьнезависимыми переменными другую пару величин, одна из которых — механическая, адругая — электрическая. Тогда мы получили бы тоже два линейных соотношениямежду u, s, Е и D, но с другими коэффициентами. В зависимости от типарассматриваемых задач удобны различные формы записи основных пьезоэлектрическихсоотношений.
Таккак все пьезоэлектрические кристаллы анизотропны, то постоянные e, С и bзависят от ориентации граней пластинки относительно осей кристалла. Кроме того,они зависят от того, закреплены боковые грани пластинки или свободны (зависятот граничных условий при деформации). Чтобы дать представление о порядкевеличины этих постоянных мы приведем их значения для кварца в случае, когдапластинка вырезана перпендикулярно оси Х и ее боковые грани свободны:
e=4, 5; С=7, 8 1010 Н/м2; b=0, 18 Кл/м2.
Рассмотримтеперь пример применения основных соотношений (4) и (5) Положим, что кварцеваяпластинка, вырезанная, как указано выше, растягивается вдоль оси X, причемобкладки, касающиеся граней, разомкнуты. Так как заряд обкладок до деформациибыл равен нулю, а кварц является диэлектриком, то и после деформации обкладкибудут незаряженными. Согласно определению электрического смещения это значит,что D=0. Тогда из соотношения (4) следует, что при деформации внутри пластинкипоявится электрическое поле c напряженностью:
E=-(b/e0e)u (6)
Подставляяэто выражение в формулу (5), находим для механического напряжения в пластинке:
s=Cu-b(-(b/e0e)u)=C(1+(b2/e0eC))u (7)
Напряжение,как и в отсутствие пьезоэлектрического эффекта, пропорционально деформации.Однако упругие свойства пластинки теперь характеризуются эффективным модулемупругости
С'== С (1 + b2/e0eС). (8)
которыйбольше С. Увеличение упругой жесткости вызвано появлением добавочногонапряжения при обратном пьезоэффекте, препятствующего деформации. Влияниепьезоэлектрических свойств кристалла на его механические свойства характеризуетсявеличиной: К2=b2/e0eC(9)
Квадратныйкорень из этой величины (К) называется константой электромеханической связиПользуясь приведенными выше значениями e,С и b, находим, что для кварца К2~0.01Для всех других известных пьезоэлектрических кристаллов К2 оказывает такжемалым по сравнению с единицей и не превышает 0, 1.
Оценимтеперь величину пьезоэлектрического поля. Положим, что к граням кварцевойпластинки, перпендикулярным к оси X, приложено механическое напряжение 1 1055Н/м2. Тогда, согласно (7), деформация будет равна u=1, 3 10-6. Подставляя этозначение в формулу (6), получаем |E|==5900 В/м=59 В/см. При толщине пластинки,скажем, d==0, 5 см напряжение между обкладками будет равно U=Еd~30 В. Мы видим,что пьезоэлектрические поля и напряжения могут быть весьма значительными.Применяя вместо кварца более сильные пьезоэлектрики и используя должным образомвыбранные типы деформации, можно получать пьезоэлектрические напряжения,измеряемые многими тысячами вольт.
Пьезоэлектрическийэффект (прямой и обратный) широко применяется для устройства различныхэлектромеханических преобразователей. Для этого иногда используют составныепьезоэлементы, предназначенные для осуществления деформаций разного типа.
Нарис.6 показан двойной пьезоэлемент (составленный из двух пластинок), работающийна сжатие. Пластинки вырезаны из кристалла таким образом, что они одновременнолибо сжимаются, либо растягиваются. Если, наоборот, сжимать или растягиватьтакой пьезоэлемент внешними силами, то между его обкладками появляетсянапряжение. Соединение пластинок в этом пьезоэлементе соответствуетпараллельному соединению конденсаторов.
/>
Рис.6.Двойной пьезоэлемент, работающий на сжатие.
3.Использование пьезоэффекта в науке и технике.
Главнойдеталью любого оборудования для озвучивания акустического музыкальногоинструмента является пьезодатчик (Transducer). Эта деталь преобразуетмеханические колебания струн и деки в электрический сигнал.
Аналогичнуюфункцию в электрогитаре выполняет магнитный датчик: сингл или хамбакер. Нофизика работы электрогитарного датчика иная — он преобразует изменениямагнитного поля, вносимое стальными струнами. Пьезодатчик для акустики работаетс любыми струнами, в том числе синтетическими. Пьезодатчик помещают подкосточку гитары (пластинку, на которую опираются струны). Это UST-датчик
Естьи другой способ размещения пьезодатчика — его приклеивают на деку гитару(изнутри, ближе к подставке). Сигнал с такого датчика будет слабее, ведь его неприжимают струны, он получает только колебания деки. Однако он имеет большеинформации о свойствах корпуса гитары. Этот датчик называется AST (1470).
Совмещениесигналов от UST и AST дает очень сложную и интересную картину и позволяетреалистично озвучить инструменты самого высокого класса. Однако не всегдаиспользование двух датчиков необходимо.
Пьезоэлектрическиепреобразователи:
Пьезоэлектрикиявляются обратимыми электромеханическими преобразователями, т. е. способныпреобразовывать механическую энергию в электрическую и, наоборот, электрическуюэнергию в механическую. Преобразователи, основанные на использовании прямогопьезоэффекта, называют преобразователями-генераторами; они имеют механическийвход и электрический выход. Преобразователи, основанные на использованииобратного пьезоэффекта, называют преобразователями-двигателями; они имеютэлектрический вход и механические выходы. Известно множество пьезоэлектрическихустройств, основанных на использовании как прямого, так и обратного эффектов.Прямой эффект используется, например, в микрофонах, звукоснимателях, датчикахмеханических сил, перемещений и ускорений, бытовых зажигалках для газа и др.Обратный эффект послужил основой для создания телефонов, громкоговорителей,ультразвуковых излучателей, реле, двигателей и т. п.
Известныи нашли практическое применение пьезоэлектрические преобразователи — пьезоэлектрические трансформаторы (сокращенно пьезотрансформаторы).Схематически устройство пьезотрансформатора изображено на рисунке, поясняющем,что он представляет собой пьезоэлектрический преобразователь в виде четырехполюсника,имеющего только электрические вход и выход.
/>
Рис.7 Пьезоэлектрический трансформатор
Действиепьезотрансформатора основано на использовании как прямого, так и обратного пьезоэффектов.Электрическое напряжение, приложенное к входным электродам пьезотрансформатора,в результате обратного пьезоэффекта вызывает деформацию всего объёмапьезоэлектрика и на выходных электродах возникает электрическое (вторичное)напряжение как следствие прямого пьезоэффекта. В пьезотрансформаторе происходиткак бы двойное преобразование энергии — электрической в механическую, а затеммеханической в электрическую. Как и электромагнитный трансформатор,пьезотрансформатор используют для преобразования электрического напряжения.Подбором размеров электродов и их расположения можно получать различныезначения коэффициента трансформации. Пьезотрансформаторы обычно используют врезонансном режиме, при котором достигаются большие значения коэффициента трансформации(порядка нескольких сотен). Пьезотрансформаторы используют в высоковольтныхисточниках вторичного электропитания.
Рассмотримв общих чертах явления, происходящие в пьезоэлектрике, для двух случаевпьезоэлектрического преобразования энергии.
/>
Пьезоэлемент(ПЭ) — тело из пьезоэлектрика определенных размеров, геометрической формы иориентации относительно основных кристаллографических осей (или направленияполяризации в случае пьезокерамики, имеющее проводящие обкладки (электроды).
Рис.8 Пьезоэлемент: 1 — пластина из пьезоэлектрика; 2 — электроды из проводящегоматариала, наложенные на грани пластины
Такимобразом, пьезоэлемент представляет собой электрический конденсатор с твёрдым(кристаллическим или керамическим) диэлектриком. Особенностью такогоконденсатора является наличие пьезоэлектрических свойств у диэлектрика,заполняющего пространство между электродами. Ниже будет показано, какоезначение имеет наличие пьезоэффекта и каким образом он оказывает влияние наэлектрические и механические характеристики пьезоэлемента. Если пьезоэлементиспользуется как электромеханический преобразователь, то его ориентациювыбирают исходя из требований достижения наибольшего эффекта. Внешние силы (какмеханические, так и электрические), воздействующий на пьезоэлемент, могут бытькак распределенными, так и сосредоточенными. Распределенные силы позволяютдостичь более эффективного преобразования. Поэтому для более эффективнойполяризации объема пьэзоэлектрика используют электроды,. покрывающие всюплощадь граней пьезоэлемента, а для создания равномерно распределенногомеханического напряжения — накладки из упругого материала, хорошо прилегающие кграням пьезоэлемента и преобразующие внешние сосредоточенные силы враспределенные.
Внешняясила вызывает деформацию пьезоэлемента, его поляризацию и возникновение наэлектродах противоположных электрических зарядов. Величина электрическогозаряда или возникающего при этом напряжения может быть измерена соответствующимизмерительным прибором, присоединенным к электродам пьезоэлемента. Внешняя силасообщает пьезоэлементу энергию в виде упругой деформации, которая может бытьрассчитана, если известны величины воздействующей силы и жёсткость пьезоэлемента.Одновременно с деформацией пьезоэлемента на его электродах возникаетэлектрическое напряжение. Следовательно, часть энергии, сообщаемойпьезоэлементу внешней силой, оказывается электрической и её величина может бытьрассчитана, если известны электрическое напряжение на электродах и ёмкостьпьезоэлемента.
Внешняямеханическая сила, воздействующая на пьезоэлемент, сообщает последнему энергиюW0 в виде энергии упругой деформации и энергии заряда ёмкости пьезоэлемента.Если обозначить энергию упругой деформации пьезоэлемента через Wм, аэлектрическую энергию заряда его ёмкости через Wэ, то полная энергия W0,сообщенная пьезоэлементу, будет равна их сумме. Как во всяком обратимомпреобразователе, при этом возникает обратное действие (пьезоэлектрическая реакция),заключающееся в том, что возникшее вследствие прямого пьезоэффектаэлектрическое напряжение создаёт (уже в результате обратного пьезоэффекта)механические напряжения и деформации, противодействующие внешним силам. Этопроявляется в увеличении жесткости пьезоэлемента. Если электрическоенапряжение, возникающее вследствие пьезоэффекта, исключить, например, закоротивэлектроды пьезоэлемента, то обратного пьезоэлектрического действия наблюдатьсяне будет, следовательно, должно произойти уменьшение жесткости пьезоэлемента.
Подобныеже рассуждения можно сделать и для случая обратного пьезоэффекта, т. е.воздействия на пьезоэлемент внешней электрической силы. При этом внешнийисточник электрической энергии сообщает пьезоэлементу энергию в виде энергиизаряда ёмкости пьезоэлемента и механической энергии его упругой деформации.Здесь также имеет место обратное действие. Если воспрепятствовать деформациижестким зажатием пьезоэлемента, то можно обнаружить изменение его ёмкости. Этотфакт легко наблюдается у сильных пьезоэлектриков, для слабых же, таких каккварц, изменение ёмкости невелико (около 1%). К этому выводу легко прийти,приняв во внимание термодинамические соображения. Из теории пьезоэлектричестваизвестно, что упругие коэффициенты пьезоэлектриков зависят от электрическихусловий, как и их коэффициенты диэлектрических проницаемостей зависят отмеханических условий. Это естественно, так как пьезоэлектричество поопределению предполагает наличие связи между упругими и диэлектрическимисвойствами. Поэтому описание пьезоэлектрических свойств материала невозможнобез привлечения упругих и диэлектрических коэффициентов с указанием граничныхмеханических и электрических условий.
Болееполно пьезоэффект характеризует энергетический коэффициент и, называемыйкоэффициентом электромеханической связи (ЭМС) и определяемый отношением k = Wэ/ W0 = Wм / W0, где W0 — вся приложенная к пьезоэлементу энергия, а Wэ и Wм — преобразованная (электрическая и механическая) энергия. Коэффициент ЭМСоказывается очень полезным для сравнения пьезоэлектриков, пьезоэлектрические,упругие и диэлектрические коэффициенты которых могут сущевенно различаться.Этот коэффициент различен для статического и динамического режимовпреобразования, в последнем случае он зависит также от вида и моды колебания.Коэффициент ЭМС, как и пьезоэлектрические модули, зависит от направлениявоздействующих сил относительно кристаллографических осей кристалла. Онопределяет такую существенную характеристику резонатора, как относительнаяширина резонансной кривой. Чем больше коэффициент ЭМС, тем больше относительнаяширина резонансной кривой. Преобразование энергии пьезоэлектрическим элементомне можт быть полным, поэтому коэффициент ЭМС не бывает больше 1. Для такназываемых слабых пьезоэлектриков, к которым принадлежат кварц, коэффициент ЭМСне превышает нескольких процентов, для сильных пьезоэлектриков, таких каксегнетова соль или пьезокерамика, он может достигать 50 ...90%.
Различныесферы применения:
ПатентСША N3239283. Американские изобретатели Дж.Броз и В.Лаубердорфер разработаликонструкцию подшипника, в котором трение уничтожается вибрацией, но для еесоздания не требуется специальных механизмов. Втулки подшипника изготовляютсяиз пьезоэлектрического материала. Ток заставляет пьезоэлектрик сжиматься ирасширяться, создавая вибрацию, уничтожающую трение.
Установкана реактивных самолетах пьезопреобразователей позволяет экономить почти третьтоплива, которое шло на выработку электроэнергии, следовательно, позволяетувеличить дальность полета. Здесь в электроэнергию непосредственно превращаютсяколебания и вибрация фюзеляжа и крыльев.
Фирма«Филипс» успешно разрабатывает идею пьезоэлектрического привода длямеханизмов малой мощности. В частности, ею создан светофор, батареи которогозаряжаются от шума автомобилей на перекрестке.
Поговариваюто создании звукоизолирующих перегородок многоквартирных домок изпьезоэлектриков. Здесь двойной эффект и поглощение шума, и выработкаэлектроэнергии, скажем, для обогрева квартир.
Пьезоэлектрическаяструйная печать. Пьезоэлектрические струйные головки для принтеров былиразработаны в семидесятых годах. В большинстве таких принтеров избыточноедавление в камере с чернилами создается с помощью диска из пьезоэлектрика,который изменяет свою форму (выгибается) при подведении к нему электрическогонапряжения. Выгнувшись, диск, который служит одной из стенок камеры счернилами, уменьшает ее объем. Под действием избыточного давления жидкиечернила вылетают из сопла в виде капли.
Пьезоэлектрическиймикрофон, сконструированный советскими учёными С. Н. Ржевкиным и А. И.Яковлевым в 1925 году, имеет в качестве датчика звукового давления пластинку извещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Звуковые волны падают напьезокристалл микрофона и сжимают его. При помощи пьезокристалла происходитпреобразование энергии звуковых волн в слабый электрический ток. Этот небольшойток затем поступает на усилитель, который делает его достаточно сильным, чтобыобеспечить нормальную работу громкоговорителя. Работа в качестве датчикадавления позволила создать первые гидрофоны и записать сверхнизкочастотныезвуки, характерные для морских обитателей.
Зажигалкабытовая пьезоэлектрическая ЗП-1 «Толнэ». Зажигалка предназначена длязажигания газа в горелках бытовых газовых приборов. Источником получения искрыявляется пьезоэлемент. Нажатием на клавишу усилие сжатия передается напьезоэлементы, в результате чего происходит искрообразование между контактами,расположенными внутри металлической насадки, надетой на удлиненный конецпьезозажигалки. Искра, которая поджигает газ, образуется как при нажатии наклавишу, так и при отпускании ее.
Пьезоэлектрическиеизлучатели применяются для генерирования ультразвука с частотами до 50 Мгц.Основным элементом пьезоэлектрического излучателя является пластинка из пьезоэлектрика,совершающая вследствие обратного пьезоэлектрического эффекта вынужденныемеханические колебания в переменном электрическом поле.
Список литературы
“Электричество”С.Г. Калашников, Москва, 1977г.
“Электротехническиематериалы” Ю.В. Корицкий, Москва, 1968г.
“Радиопередающиеустройства” Г.А. Зейтленка, Москва, 1969г.
www.terralab.ru/299680/?r1=rss&r2=remote;
www.b-band.ru/pieza.html;
ru.wikipedia.org;
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта referat.ru/