знає фазовий перетворення і переходить в-модифікацію. Кристали-кварцу відносяться до гексагональної системі, а тому п'єзоелектричні явища в них не спостерігаються у згоді з тим, що було сказано вище. При зворотному зниженні температури первісна структура кварцу відновлюється, причому це відновлення відбувається при температурі, дещо нижчою, ніж вихідна (гістерезис). Нижче всюди йдеться про - кварці. p>
б) Модельне розгляд Виникнення п'єзоелектричного ефекту легко зрозуміти за допомогою модельного розгляду, запропонованого Мейсснера . Хімічна формула кварцу має вигляд. Його кристалічна решітка складається з позитивних іонів кремнію і негативних іонів кисню. Кожен іон кремнію несе чотири, а кожен іон кисню - два елементарних заряду. У першому наближенні можна уявити, що іони кремнію і кисню розташовані в шестигранних осередках, одна з яких зображена на рис. 2, якщо дивитися на кристал уздовж оптичної осі (перпендикулярної до площини малюнка). Іони кремнію зображені великими кульками 1,2,3, іони кисню - маленькими. Ті й інші іони розташовані по спіралі, напрямок обертання якої визначається тим, який узятий кварц: лівий або правий (рис. 1 і 2 відносяться до лівого кварцу). Іон кремнію 3 лежить дещо глибше іона 2, а іон 2 - глибше іона 1. Розміщення іонів кисню не вимагає додаткових роз'яснень. В цілому осередок електрично нейтральна і не має дипольного електричного моменту.
В
Для спрощення міркувань замінимо кожну пару сусідніх іонів кисню одним негативним іоном з подвоєним зарядом. Ми прийдемо до спрощеної моделі осередку, зображеної на рис. 3а). Якщо піддати таку комірку стисненню вздовж полярної осі (рис. 3б)), то іон кремнію 3 і іон кисню 4 вклиняться між навколишніми їх бічними іонами. У результаті на площині А платівки з'явиться негативний, а на площині В-позитивний заряди (Подовжній п'єзоелектричний ефект). При стисканні в бічному напрямку, тобто перпендикулярно до полярної і оптичної осях (рис. 3в)), іони кремнію 1 і 2 отримують однакові, але протилежно спрямовані зміщення всередину осередки. Так само поводяться іони кисню 5 і 6. p> При цьому зберігається симетрія клітинки відносно площини, що проходить посередині між площинами С і D, і на цих площинах не виникає жодних зарядів. Однак іон кремнію 3 і іон кисню 4 зміщуються назовні. Завдяки цьому виникає дипольний момент, спрямований в позитивну сторону полярної осі. На площині А з'являється позитивний, а на площині В - негативний заряди (поперечний п'єзоелектричний ефект). Знаки зарядів в подовжньому і поперечному ефектах, таким чином, протилежні. З розглянутої моделі видно також, що заміна стиснення розтягуванням призводить до зміни знаків електричних зарядів при п'єзоелектричного ефекту і що поляризація пропорційна деформації кристала (коли деформації малі). А так як між деформацією і силою згідно законом Гука (1635-1703) існує пряма пропорційність, то поляризація кристала при п'єзоелектричного ефекту повинна бути пропорційна також доданої силі. Нарешті, з моделі видно, що стиснення або розтягнення кристала в напрямку оптичної осі ніякими п'єзоелектричними ефектами не супроводжується. Всі ці висновки підтверджуються досвідом. <В
2. Деформації кристалів
Згідно викладеному для отримання максимальних електричних зарядів кристал кварцу треба розтягувати або стискати в напрямку однієї з полярних осей. У Відповідно до цього кварцові пластинки і стрижні, вживані в п'єзоелектричних дослідах і приладах, вирізаються зазвичай так, щоб пара площин, що утворилися при зрізі, була перпендикулярна до однієї з полярних осей. Така вісь називається також електричної віссю або пьезоосью і позначається зазвичай через. Оптична вісь приймається за вісь відповідної правої системи координат. Вісь такої системи координат називають механічної віссю кристала. На рис. 4 зображена платівка, вирізана зазначеним чином. Довжини ребер платівки позначені через l (довжина), b (ширина), h (Товщина). p> Відповідно з наведеним вище наочним поясненням при розтягуванні або стисненні пластинки в напрямку оптичної осі п'єзоелектричний ефект не виникає. При розтягуванні вздовж електричної осі нижня поверхню пластинки електризується позитивно, а верхня - негативно. Те ж саме спостерігається при стисненні пластинки в напрямку механічної осі. При заміні стиснення розтягуванням і навпаки знаки зарядів змінюються на протилежні. Якщо ні дотичних напружень, то поляризація кварцовою платівки при розтягуванні або їжака або визначається виразом
(1),
де і - механічні натягу, діючі паралельно осях і, a - постійна, звана п'єзоелектричним модулем. Для кварцу
В
Припустимо, наприклад, що. Тоді на нижній поверхні платівки з'явиться позитивний заряд з щільністю СГСЕ-од. Йому відповідає всередині пластинки електричне поле СГСЕ-од. . При товщині пласт...
