зитивний заряд, а на верхньої - негативний. Іншими словами, в платівці з'являється електричне поле, спрямоване вгору. Згідно з принципом
Лешательє поява такого поля можна розглядати як протидію системи прикладеним розтягують і стискаючим силам. Ця протидія виявляється в тому, що виникають сили, прагнуть стиснути платівку в напрямку осі і розтягнути в напрямку осі. Якщо поле посилити, то збільшаться і протидіючі сили. Вони з'являться і в недеформірованной платівці при внесення її в електричне поле. Якщо електричне поле спрямоване вгору, то в напрямку осі пластинка стиснеться, а в напрямку осі - подовжиться. Це знаходиться у згоді з формулами (3) і (4). Так само можна міркувати і в інших випадках. p> Фізичний механізм зворотного п'єзоелектричного ефекту можна роз'яснити на тій же моделі, яка застосовувалася при розгляді прямого ефекту. Якщо, наприклад, на поверхні і (див. рис. 3 б)) нанести електричні заряди вказаних знаків, то іон кремнію 3 притягнеться до поверхні, а іон кисню 4 до поверхні, в результаті чого осередок витягнеться в напрямку осі. Іони кремнію 1 і 2 будуть відштовхуватися від поверхні, а іони кисню-від поверхні, зміщуючись при цьому всередину що збільшився зазору між іонами 3 і 4. Це призведе до стиснення осередки в поперечному напрямку (вздовж механічної осі).
Зворотний п'єзоелектричний ефект має зовнішню схожість з електрострикції. Однак між цими двома явищами є і істотна відмінність. Електрострикція має місце у всіх діелектриках при приміщенні їх в неоднорідне електричне полі. Зворотний п'єзоелектричний ефект спостерігається тільки в кристалах, та й то не у всіх. Він існує і в однорідних електричних полях. Сили електрострикції виникають в результаті дії електричного поля на поляризований діелектрик, поляризація якого обумовлена ​​тим же полем. Тому ектрострікціонние сили Квадратичне по полю. Вони не змінюються при зміні напрямку електричного поля на протилежне. Навпаки, зворотний п'єзоелектричний ефект виникає в результаті дії зовнішнього електричного поля на вже наявні протилежно заряджені іонні решітки кристала. Виникаючі тут сили лінійні по полю. Вони змінюють свої напрямки на протилежні при зміні знака електричного поля.
В
6. Властивості п'єзоелектричних кристалів
У різних кристалах п'єзоелектричний ефект може виникати не тільки під дією нормальних сил тиску або натягу, але і під дією дотичних сил. Внутрішній стан пружних напружень кристала характеризується симетричним тензором пружних натягів.
,.
(перший індекс вказує напрям зовнішньої нормалі майданчики, до якої прикладена сила натягу, а другий - напрямок координатної осі, на яку проектується ця сила). Для скорочення запису компоненти тензора натягів прийнято нумерувати одним індексом, вважаючи
,,
,,.
Досвід показує, що у випадку малих деформацій між компонентами вектора поляризації Р і компонентами тензора натягів існує лінійна зв'язок. Така залежність аналогічна відомому закону Гука і має приблизно ту ж область застосовності. Таким чином, у загальному випадку можна написати
,
, (5)
.
Звідси видно, що в загальному випадку п'єзоелектричні властивості кристала характеризуються вісімнадцятьма постійними. Ці постійні називаються п'єзоелектричними модулями. Втім, число незалежних п'єзоелектричних модулів зменшується через симетрії кристала. Чим вище симетрія кристала, тим менше число незалежних п'єзоелектричних модулів, якими він характеризується. Так, в випадку кварцу,,, а всі інші п'єзоелектричні модулі звертаються в нуль. Таким чином, п'єзоелектричні властивості кварцу характеризуються тільки двома модулями, за які можна прийняти і. Тоді
,
, (6)
.
При цьому. Числове значення модуля було наведено вище. br/>
7. Застосування ефекту
Відомі сотні речовин, які в принципі могли б бути використані для практичного застосування п'єзоелектрики. Однак додаткові вимоги (велика величина пьезоеффекта, механічна і електрична міцність, стійкість до вологи і пр.) різко обмежують список практично придатних кристалів. З них на першому місці стоїть кварц. Він чудовий ізолятор, тому в ньому можна порушувати сильні поля, порядку. Науково-технічні застосування п'єзоелектричного ефекту (прямого і зворотного) вельми численні і різноманітні. Не маючи можливості зупинятися на цій стороні питання, вкажемо на п'єзоелектричний манометр, що широко застосовується для вимірювання швидкозмінних тисків. У цьому приладі кварцова платівка, вирізана певним чином, розміщується всередині досліджуваного газу Про тиск газу судять за величиною п'єзоелектричних зарядів, що з'являються на платівці. Вкажемо далі на найрізноманітніші п'єзоелектричні перетворювачі: п'єзоелектричні стабілізатори та фільтри в радіоте...
