Piezoelektryki są to związki, monokryształy jak i polikryształy(w ostatnimczasie zaczyna nawet używać się polimerów), w których zachodzi zjawisko polegające na:

• zmianie kształtu ciała pod wpływem pola elektrycznego(zjawisko piezoelektryczne proste).

• pojawieniu się na przeciwległych ściankach ciała ładunku elktrycznego w wyniku przyłożonego pola elekrycznego(zjawisko piezoelektryczne odwrotne).

Zjawisko piezoelektryczne proste jest oparte na powstaniu, pod wpływem przyłożonych naprężeń mechanicznych, na powierzchni dielektryka, ładunku Q. Zależność tą można wyrazić poniższym wzorem:




W powyższym wzorze P jest to polaryzacja, S- powierzchnia elektrod nałożonych na dielektryk.

Zjawisko piezoelektryczne odwrotne polega na odkształceniu dielektryka pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego na ten element.




W powyższym wzorze E- oznacza natężenie pola elektrycznego, d- to moduł piezoelektryczny, natomiats eta- jest to deformacja względna, natomiast eta to deformacja względna.

Z powyższych równań wynika, że stosunek powstającego ładunku pod wpływem przyłożonej siły oraz stosunek natężenia elektrycznego do wywołanego nim odkształcenia ciała, jest liniowy.

Piezoelektryki posiadają szereg zastosowań:

 Czujniki- np. do mierzenia ciśnienia atmosferyczego, do sprawdzania oddechu noworodka, różnego rodzaju czujniki alarmowe i ochronne.

 Przetworniki małej mocy- systemy wtrysku paliwa w silnikach, przepływu powietrza.

 Przetworniki dużej mocy- systemy wtrysku paliwa w silnikach diesla, zawory hydrauliczne.

 Generatory napięcia- zapalniki gazu, ogniwa, baterie.

Materiały zgromadzone na tej stronie zostały opracowane na podstawie informacji z 14 instrukcji do laboratorium z podstaw fizyki zobacz oraz na podstawie encyklopedi internetowej "Wiem".

ODWROTNE ZJAWISKO PIEZOELEKTRYCZNE

Zjawisko piezoelektryczne i do niego odwrotne według definicji encyklopedycznych:

Zjawisko piezoelektryczne zostało odkryte w 1880 roku przez Piotra i Jakuba Curie.Zjawisko piezoelektryczne jest to powstawanie wypadkowego momentu elektrycznego w pewnych kryształach, zwanych piezoelektrykami, pod wpływem ściskania lub rozciągania wzdłuż jednej z osi krystalograficznych. Jeśli płytkę płasko-równoległą o określonej orientacji krystalograficznej , wyciętą z kryształu piezoelektrycznego, podda się mechanicznym odkształceniom, to na przeciwległych jej ściankach powstają różnoimienne ładunki elektryczne (jest to proste zjawisko piezoelektryczne).Jeśli umieści się ją natomiast w zewnętrznym polu elektrycznym — odkształca się pod jego wpływem (odwrotne zjawisko piezoelektryczne). Odkształcenie to zależy od natężenia pola elektrycznego. Piezoelektryczność występuje w kryształach nie mających środka symetri, np. w kryształach kwarcu, soli Seignette'a, tytanianu baru. Jest wykorzystywana do przetwarzania napięć i impulsów mech. w elektryczności i odwrotnie.Zjawisko piezoelektryczne i elekrostrykcja wykorzystywane jest do budowy przetworników mechanoelektrycznych oraz elektromechanicznych, np. czujników siły, naprężeń, ciśnienia, przyspieszenia, drgań, mikrofonów czy sonarów.Zjawisko odwrotne jest stosowane w precyzyjnych pozycjonerach, mikromanipulatorach (np. w skaningowych mikroskopach tunelowych piezoelement pozwala regulować odległość ostrza od badanej powierzchni z dokładnością rzędu rozmiarów atomów!), silnikach piezoelektrycznych, przetwornikach ultradźwiękowych, filtrach, stabilizatorach częstości. Zjawisko piezoelektryczne wykorzystywała Maria Skłodowska-Curie, podczas badań nad promieniotwórczością, Pound i Rebka w słynnym doświadczeniu, podczas którego „zważono fotony”, korektę układu optycznego teleskopu Hubble'a na orbicie wykonano również za pomocą przetworników piezoelektrycznych.

 Zjawisko piezoelektryczne i odwrotne do niego z punktu widzenia fizyki:
Proste zjawisko piezoelektrycznepolega na indukowaniu ładunków elektrycznych Q na powierzchni dielektryka pod działaniem naprężeń mechanicznych
 W powyższym równaniu:Poznacza polaryzację,Soznacza powierzchnię elektrod nałożonych na dielektryk,d- moduł piezoelektryczny,s- naprężenie, czyli stosunek siły F działającej na powierzchnię S do wielkości tej powierzchni
 Odwrotne zjawisko piezoelektryczne polega na deformacji materiału piezoelektrycznego (piezoaktuator) pod wpływem pola elektrycznego
 
W powyższym równaniu:

  d * E

 - deformacja względna,

d- moduł piezoelektryczny (taki sam jak w zjawisku prostym),

E- natężenie pola elektrycznego.

Deformacja względna to stosunek zmiany rozmiaru ciała do rozmiaru początkowego, np. przyrostu długości do długości początkowej. Deformacja jest wielkością niemianowaną.Z równań wynika, że w zjawisku piezoelektrycznym związek między siłą a indukowanym przez tę siłę ładunkiem elektrycznym oraz natężeniem pola elektrycznego a indukowaną tym polem deformacją jest liniowy.Zjawisko piezoelektryczne obserwowane jest tylko w materiałach nie mających środka symetrii.
Elektrostrykcja polega na deformacji materiału pod wpływem pola elektrycznego, przy czym deformacja względna h jest proporcjonalna do kwadratu natężenia pola elektrycznego

gdzie:

q - oznacza moduł elektrostatyczny.

Zasadniczą różnicą między zjawiskiem piezoelektrycznym a elektrostrykcją jest to, że w przypadku elektrostrykcji deformacja nie zależy od znaku natężenia pola elektrycznego. Zjawisko elektrostrykcji obserwowane jest zarówno w materiałach mających środek symetrii, jak i materiałach bez środka symetrii. Powyższe równania stanowią uproszczony opis zjawiska piezoelektrycznego i elektrostrykcji, ponieważ polaryzacja jest wektorem, a naprężenie i deformacja symetrycznym tensorem drugiego rzędu, zaś moduły piezoelektryczne i elektrostrykcyjne tworzą symetryczne tensory trzeciego i czwartego rzędu.
 

---