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壓電效應(yīng)的原理及分類

閱讀:1028        發(fā)布時間:2024/9/13
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壓電效應(yīng)的原理及分類

發(fā)現(xiàn)它的存在:

壓電效應(yīng)最早是由?雅克·居里(Jacques Curie)和皮埃爾·居里(Pierre Curie)兄弟在1880年發(fā)現(xiàn)的。他們在電氣石中施以壓力時發(fā)現(xiàn)了電性產(chǎn)生,并隨后系統(tǒng)地研究了施壓方向與電場強度間的關(guān)系。1881年,他們驗證了逆壓電效應(yīng),并得出了正逆壓電常數(shù)。1984年,德國物理學家沃德馬·沃伊特(德語:Woldemar Voigt),推論出只有無對稱中心的20中點群的晶體才可能具有壓電效應(yīng)。


它的定義:

通俗的定義為:它是一種施加應(yīng)力能產(chǎn)生電荷,施加電場能產(chǎn)生尺寸上變

形的效應(yīng),稱為壓電效應(yīng)。


它的分類:

可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng);

正壓電效應(yīng):對某種壓電材料施加一定的壓力時,它的內(nèi)部會出現(xiàn)極化現(xiàn)象,即在材料相對的表面會出現(xiàn)相對的正負電荷,從而產(chǎn)生電位差,這樣材料就帶電了。當外力去掉時,材料又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。這種現(xiàn)象叫正壓電效應(yīng)。簡單而言就是機械能轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)象。

逆壓電效應(yīng):對壓電材料施加電場時,材料發(fā)生形變。即電能轉(zhuǎn)化為機械能的現(xiàn)象。


它的原理:

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


它的應(yīng)用:

壓電材料可以因機械變形產(chǎn)生電場,也可以因電場作用產(chǎn)生機械變形,這種固有的機-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,壓電材料已被用來制作智能結(jié)構(gòu),此類結(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,在未來的飛行器設(shè)計中占有重要的地位。

 

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