Efecto piezoeléctrico
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 11 de octubre de 2019; las comprobaciones requieren 6 ediciones .Efecto piezoeléctrico (del griego πιέζω ( piézō ) - presiono, aprieto) - el efecto de la aparición de polarización dieléctrica bajo la acción de tensiones mecánicas ( efecto piezoeléctrico directo ). También existe un efecto piezoeléctrico inverso : la aparición de deformaciones mecánicas bajo la influencia de un campo eléctrico .
Con el efecto piezoeléctrico directo, la deformación de la muestra piezoeléctrica provoca la aparición de una tensión eléctrica entre las superficies del cuerpo sólido deformable, con el efecto piezoeléctrico inverso, la aplicación de tensión al cuerpo provoca su deformación.
Historia
El efecto directo fue descubierto por los hermanos Jacques y Pierre Curie en 1880 [1] . El efecto inverso fue predicho en 1881 por Lippmann sobre la base de consideraciones termodinámicas. En el mismo año, fue descubierto experimentalmente por los hermanos Curie.
Física del fenómeno
Los materiales piezoeléctricos siempre tienen efectos piezoeléctricos directos e inversos al mismo tiempo. No es necesario que la sustancia sea un solo cristal, el efecto también se observa en sustancias policristalinas prepolarizadas por un fuerte campo eléctrico durante la cristalización, o durante una transición de fase en el punto de temperatura de Curie al enfriarse para ferroeléctricos (por ejemplo, cerámica materiales piezoeléctricos a base de zirconato-titanato de plomo ) en un campo eléctrico externo superpuesto.
La energía total impartida al elemento piezoeléctrico por una fuerza mecánica externa es igual a la suma de la energía de deformación elástica y la energía de carga de la capacitancia del elemento piezoeléctrico. Debido a la reversibilidad del efecto piezoeléctrico, se produce una reacción piezoeléctrica: la tensión eléctrica que surge debido al efecto piezoeléctrico directo crea (como resultado del efecto piezoeléctrico inverso) tensiones mecánicas y deformaciones que contrarrestan las fuerzas externas. Esto se manifiesta en un aumento de la rigidez del elemento piezoeléctrico. Si se elimina el voltaje eléctrico que surge debido al efecto piezoeléctrico, por ejemplo, cortando los electrodos del elemento piezoeléctrico, entonces no se observará la acción piezoeléctrica inversa y la rigidez del elemento piezoeléctrico disminuirá [2] .
Los estudios del efecto piezoeléctrico han demostrado que se explica por la propiedad de la celda elemental de la estructura material. Dado que la celda unitaria es la unidad simétrica más pequeña de material, repitiéndola muchas veces, se puede obtener un cristal microscópico. Un requisito previo necesario para la aparición del efecto piezoeléctrico es la ausencia de un centro de simetría en la celda unitaria [3] .
Los conductores no tienen coeficiente piezoeléctrico, ya que al aplicar esfuerzos mecánicos (hacia adelante) y eléctricos (hacia atrás), la carga será compensada por el medio conductor.
No debe confundirse con otros fenómenos
- El efecto piezoeléctrico no debe confundirse con la electroestricción . A diferencia de la electroestricción, el efecto piezoeléctrico directo se observa solo en cristales sin centro de simetría . Aunque no hay centro de simetría en la clase 432 del sistema cúbico , la piezoelectricidad también es imposible en él. Por lo tanto, el efecto piezoeléctrico se puede observar en cristales dieléctricos que pertenecen a una sola de las 20 clases de grupos puntuales .
- El efecto piezoeléctrico no debe confundirse con el efecto piezoresistivo..
El uso del efecto piezoeléctrico en tecnología
El efecto piezoeléctrico directo se utiliza:
- en generadores piezoeléctricos de energía para diversos propósitos:
- en encendedores piezoeléctricos , para obtener un alto voltaje en el espacio de chispa con el movimiento de un dedo;
- en un fusible piezoeléctrico de contacto (por ejemplo, para rondas RPG-7 );
- en sensores :
- como elemento sensible a la fuerza (a mayor fuerza, mayor tensión en los contactos), por ejemplo, en sensores de medición de fuerza, sensores de presión para líquidos y gases;
- como elemento sensible en micrófonos , hidrófonos , cabezales captadores de electrófonos , elementos receptores de sonares ;
Se utiliza el efecto piezoeléctrico inverso:
- en emisores acústicos:
- en emisores de sonido piezocerámicos (efectivos a altas frecuencias y de pequeñas dimensiones; tales, por ejemplo, están integrados en tarjetas musicales, varios anunciadores utilizados en varios dispositivos domésticos, desde relojes hasta electrodomésticos de cocina );
- en emisores ultrasónicos para humidificadores de aire , hidrotratamiento ultrasónico (en particular, lavadoras ultrasónicas y baños ultrasónicos industriales);
- en emisores de sonar ( sonars );
- en sistemas de movimientos mecánicos (activadores):
- en sistemas de posicionamiento ultraprecisos, por ejemplo, en un sistema de posicionamiento de agujas en un microscopio de efecto túnel o en un posicionador para mover un cabezal de disco duro [4] ;
- en óptica adaptativa , para doblar la superficie reflectante de un espejo deformable.
- en motores piezoeléctricos ;
- para el suministro de tinta en impresoras de chorro de tinta .
Los efectos directos e inversos se utilizan simultáneamente:
- en resonadores de cuarzo utilizados como patrón de frecuencia;
- en piezotransformadores para cambiar el voltaje de alta frecuencia.
- en dispositivos basados en el efecto de ondas acústicas superficiales :
- en líneas de retardo ultrasónico de equipos electrónicos;
- en sensores de ondas acústicas superficiales .
Propiedades piezoeléctricas de las rocas
Algunos minerales de las rocas tienen una propiedad piezoeléctrica debido a que los ejes eléctricos de estos minerales no están ubicados al azar, sino que están orientados principalmente en una dirección, por lo que los extremos de los ejes eléctricos del mismo nombre ("más" o "menos ”) se agrupan. Este descubrimiento científico fue realizado en el Instituto de Física de la Tierra por los científicos soviéticos M. P. Volarovich y E. I. Parkhomenko e ingresó en el Registro Estatal de Descubrimientos de la URSS con el número y vetas con cristales , que están acompañadas de oro . tungsteno , estaño , fluorita y otros minerales [5] .
Véase también
Enlaces
- ↑ Ioffe AF. Pierre Curie // Avances en Ciencias Físicas . - Academia Rusa de Ciencias , 1956. - T. 58 , No. 4 . - S. 572-579 .
- ↑ D. PERO . Negrov, E. n Eremin A. PERO . Nóvikov L. PERO . Shestel. SISTEMAS DE VIBRACIÓN ULTRASÓNICA PARA LA SÍNTESIS DE MATERIALES COMPUESTOS POLIMÉRICOS Monografía // Omsk Publishing House OmSTU. - 2012. Archivado el 17 de mayo de 2017.
- ↑ Efecto piezoeléctrico, materiales piezoeléctricos y sus propiedades. . Soluciones de ingeniería. Consultado el 24 de febrero de 2014. Archivado desde el original el 27 de febrero de 2014.
- ↑ Desarrollo de microactuador piezoeléctrico para cabezal HDD . Consultado el 12 de febrero de 2012. Archivado desde el original el 2 de junio de 2012.
- ↑ Descubrimiento científico "Propiedades piezoeléctricas de las rocas" . Consultado el 12 de febrero de 2012. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2012.
 diccionarios y enciclopedias | |
|---|---|
| En catálogos bibliográficos |