піввідношень (4) і (5) Покладемо, що кварцова платівка, вирізана, як зазначено вище, розтягується вздовж осі X, причому обкладки, що стосуються граней, розімкнуті. Оскільки заряд обкладок до деформації дорівнював нулю, а кварц є діелектриком, то і після деформації обкладки будуть незарядженими. Згідно з визначенням електричного зміщення це означає, що D = 0. Тоді з співвідношення (4) випливає, що при деформації всередині платівки з'явиться електричне поле c напруженістю:
E = - (b/e0e) u (6)
Підставляючи цей вираз у формулу (5), знаходимо для механічної напруги в пластинці:
s = Cu-b (- (b/e0e) u) = C (1 + (b2/e0eC)) u (7)
Напруга, як і в відсутність п'єзоелектричного ефекту, пропорційно деформації. Однак пружні властивості платівки тепер характеризуються ефективним модулем пружності
С ' == С (1 + b2/e0eС). (8)
який більше С. Збільшення пружною жорсткості викликано появою додаткового напруги при зворотному п'єзоефекті, що перешкоджає деформації. Вплив п'єзоелектричних властивостей кристала на його механічні властивості характеризується величиною: К2 = b2/e0eC (9)
Квадратний корінь з цієї величини (К) називається константою електромеханічного зв'язку Користуючись наведеними вище значеннями e, С і b, знаходимо, що для кварцу К2 ~ 0.01 Для всіх інших відомих п'єзоелектричних кристалів К2 надає також малим в порівнянні з одиницею і не перевищує 0, 1.
Оцінимо тепер величину п'єзоелектричного поля. Покладемо, що до граней кварцовою платівки, перпендикулярним до осі X, докладено механічне напруження січня 1055 Н/м2. Тоді, згідно (7), деформація дорівнюватиме u = 1, 3 10-6. Підставляючи це значення у формулу (6), отримуємо | E | == 5900 В/м = 59 В/см. При товщині пластинки, скажімо, d == 0, 5 см напруга між обкладками дорівнюватиме U = Еd ~ 30 В. Ми бачимо, що п'єзоелектричні поля і напруги можуть бути досить значними. Застосовуючи замість кварцу сильніші п'єзоелектрики і використовуючи належним чином вибрані типи деформації, можна отримувати п'єзоелектричні напруги, вимірювані багатьма тисячами вольт.
П'єзоелектричний ефект (прямий і зворотний) широко застосовується для влаштування різних електромеханічних перетворювачів. Для цього іноді використовують складові п'єзоелементи, призначені для здійснення деформацій різного типу.
На рис.6 показаний подвійний пьезоелемент (складений з двох платівок), працюючий на стиск. Пластинки вирізані з кристала таким чином, що вони одночасно або стискаються, або розтягуються. Якщо, навпаки, стискати або розтягувати такий пьезоелемент зовнішніми силами, то між його обкладками з'являється напруга. З'єднання платівок в цьому п'єзоелементі відповідає паралельному з'єднанню конденсаторів.
В
Рис.6. Подвійний пьезоелемент, що працює на стиск. p> 3. Використання пьезоеффекта в науці і техніці. p> Головною деталлю будь-якого обладнання для озвучування а...
