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壓電效應(yīng)原理

更新時(shí)間: 2019-11-11
   壓電效應(yīng):某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí),其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象,同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后,它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài),這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí),電荷的極性也隨之改變。相反,當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng),這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形,電場(chǎng)去掉后,電介質(zhì)的變形隨之消失,這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類(lèi)傳感器稱(chēng)為壓電傳感器。

  壓電體受到外機(jī)械力作用而發(fā)生電極化,并導(dǎo)致壓電體兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷,其電荷密度與外機(jī)械力成正比,這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。 壓電體受到外電場(chǎng)作用而發(fā)生形變,其形變量與外電場(chǎng)強(qiáng)度成正比,這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。 具有正壓電效應(yīng)的固體,也必定具有逆壓電效應(yīng),反之亦然。 正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)總稱(chēng)為壓電效應(yīng)。晶體是否具有壓電效應(yīng),是由晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性所決定的。

  壓電效應(yīng)的原理是,如果對(duì)壓電材料施加壓力,它便會(huì)產(chǎn)生電位差(稱(chēng)之為正壓電效應(yīng)),反之施加電壓,則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力(稱(chēng)為逆壓電效應(yīng))。如果壓力是一種高頻震動(dòng),則產(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號(hào)加在壓電陶瓷上時(shí),則產(chǎn)生高頻聲信號(hào)(機(jī)械震動(dòng)),這就是我們平常所說(shuō)的超聲波信號(hào)。也就是說(shuō),壓電陶瓷具有機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換的功能,這種相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系確實(shí)非常有意思。

  壓電材料可以因機(jī)械變形產(chǎn)生電場(chǎng),也可以因電場(chǎng)作用產(chǎn)生機(jī)械變形,這種固有的機(jī)電耦合效應(yīng)使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。例如,壓電材料已被用來(lái)制作智能結(jié)構(gòu),此類(lèi)結(jié)構(gòu)除具有自承載能力外,還具有自診斷性、自適應(yīng)性和自修復(fù)性等功能,在未來(lái)的飛行器設(shè)計(jì)中占有重要的地位。

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