План
Введення
1. Опис п'єзоелектричного ефекту
а) Кристалічна структура ефекту
б) Модельне розгляд
2. Деформації кристалів
3. Зворотний п'єзоелектричний ефект
4. Фізичний механізм зворотного п'єзоелектричного ефекту
5. Властивості п'єзоелектричних кристалів
6. Застосування ефекту
Висновок
Література
В
Введення
Тема моєї курсової роботи В«П'єзоелектрикаВ». Я вибрав цю тему, тому що п'єзоелектрику являє собою цікаве явище. До цих пір ми розглядали поляризацію діелектриків, викликану зовнішнім електричним полем. У деяких кристалах поляризація може виникнути і без зовнішнього поля, якщо кристал піддається механічних деформацій. Це явище, відкрито в 1880 р. П'єром і Жаком Кюрі, отримало назву В«п'єзоелектричного ефектуВ». У наш час п'єзоелектрику знайшло своє застосування в різних видах діяльності людини. Я спробував більше дізнатися про природу цього явища і його застосуванні. Ще однією причиною послужила вибору саме цієї теми, стало те, що даний ефект застосовується в багатьох приладах таких як мікрофони, телефони, гідрофони.
Для вивчення даної теми я використовував таку літературу: С.Г. Калашников В«ЕлектрикаВ», Д.В. Сивухин В«Загальний курс фізики: Електрика Том 3В»,
1. Опис п'єзоелектричного ефекту
Під багатьох кристалах при розтягуванні і стисненні у певних напрямках виникає електрична поляризація. У результаті цього на їх поверхнях з'являються електричні заряди обох знаків. Це явище, що отримало назву прямого п'єзоелектричного ефекту. Воно спостерігалося потім на кристалах турмаліну, цинкової обманки, хлорату натрію, винної кислоти, тростинного цукру, сегнетовой солі, титанату барію і багатьох інших речовин. П'єзоелектричними властивостями можуть володіти тільки іонні кристали. Якщо кристалічні решітки позитивних і негативних іонів, з яких побудовані такі кристали, під впливом зовнішніх сил деформуються по-різному, то в протилежних місцях на поверхні кристала виступають електричні заряди різних знаків. Це і є п'єзоелектричний ефект. При однорідної деформації п'єзоелектричний ефект спостерігається при наявності в кристалі однієї або декількох полярних осей (Напрямів). Під полярною віссю (напрямком) кристала розуміють всяку пряму, проведену через кристал, обидва кінці якої нерівноцінні, тобто невзаємозамінні. Іншими словами, при повороті кристала на 180 В° навколо будь-якої осі, перпендикулярної до полярної, він не поєднується сам з собою. Взагалі, для існування п'єзоелектричного ефекту при однорідної деформації необхідно відсутність, у кристала центру симетрії. Дійсно, якби недеформівний кристал мав центр симетрії, то останній зберігся б і при однорідної деформації кристала. З іншого боку, в електрично поляризованому кристалі є особливий напрямок, а саме напрямок вектора поляризації. За наявності такого кристал не може мати центр симетрії. Вийшло протиріччя і доводить наше твердження. З 32 кристалічних класів не має центру симетрії 21 клас. У одного з них, однак, поєднання інших елементів симетрії робить п'єзоелектричний ефект також неможливим. Таким чином, п'єзоелектричні властивості спостерігаються у 20 кристалічних класів.
а) Кристалічна структура ефекту
Розглянемо п'єзоелектричний ефект на прикладі кристала кварцу - найважливішого п'єзоелектричного кристала, який знайшов широкі науково-технічні застосування завдяки своїм чудовим механічним і електричним властивостям. При звичайних температурах і тиску кварц зустрічається у так званій - модифікації. Кристал-кварцу (рис. 1) відноситься до трігональной системі і має три осі симетрії другого порядку, позначені на рис. 1 через ,, .
В
Вони й є полярними осями кристала. Кожна з них з'єднує протилежні, але нерівнозначні ребра шестигранної призми. Нерівнозначність цих ребер видно з того, що до країв одного з них примикають маленькі грані, позначені на малюнку літерами a і b, тоді як у країв іншого ребра таких граней немає. Четверта вісь є віссю симетрії третього порядку. Її називають оптичною віссю, так як поворот кристала навколо цієї осі на будь кут не робить ніякого впливу на поширення світла в кристалі.
При механічних впливах на кристал кварцу на кінцях полярної осі (точніше, на перпендикулярних до неї гранях) з'являються протилежні електричні заряди. Не обов'язково, щоб докладені зовнішні сили діяли в напрямку розглянутої полярної осі. Необхідно лише, щоб у результаті дії зовнішніх сил виникало розтягнення або стиснення вздовж цієї осі.
При температурі до 200 В° С п'єзоелектричні властивості кварцу практично не залежать від температури. З подальшим підвищенням температури п'єзоелектричний ефект повільно убуває. При 576 В° С-кварц за...
