Преобразователи, датчики, сенсоры - Информационный портал © 2011 - 2023 Использование материалов сайта возможно при размещении активной ссылки
Пьезоэлектрики
В 1880 г. замечательный французский физик Пьер Кюри и его брат Жак открыли, что при растяжении или сжатии в определенных направлениях некоторых кристаллов, не имеющих центра симметрии, на их поверхностях обнаруживаются электрические заряды противоположных знаков. Это явление получило название пьезоэффекта. В 1881 г. другой французский физик, Габриэль Липпман, из чисто теоретических соображений предположил, что в пьезоэлектрических кристаллах должен наблюдаться также и обратный эффект. Действительно, вскоре братья Кюри экспериментально подтвердили это предсказание. Они обнаружили, что под действием электрического поля изменяются размеры кристалла кварца. Позднейшие исследования показали, что прямой и обратный пьезоэффекты наблюдаются у многих полупроводниковых веществ кристаллической структуры, названных пьезоэлектриками. Все сегнетоэлектрики при температуре ниже температуры Кюри являются в то же время и пьезоэлектриками.
Пьезоэлектрики получили различные применения в науке и технике. Первое из них относится ко временам первой мировой войны. Выдающийся французский физик Поль Ланжевен, создавая прибор для обнаружения немецких подводных лодок, использовал кварцевый излучатель. Переменная разность потенциалов высокой частоты заставляла вибрировать кварцевую пластинку, которая посылала в воду продольные ультразвуковые волны. При встрече с препятствием, в частности с подводной лодкой, волны отражались и воспринимались приемником, в кварцевой пластинке которого в результате действия отраженных волн возбуждалась переменная электродвижущая сила.
В технике наших дней широко применяются разнообразные по своему устройству и назначению ультразвуковые установки. Основной элемент ультразвукового прибора - излучатель, посылающий в окружающее пространство высокочастотные волны.
Существуют разнообразные типы излучателей, конструкция которых основана на разных физических принципах. Среди них наиболее распространены пьезоизлучатели, способные генерировать наиболее высокочастотные колебания. Для изготовления пьезоэлектрических излучателей чаще всего применяется кварц, титанат бария и фосфат аммония, из которых определенным образом вырезается круглая или прямоугольная пластинка. На противоположные стороны пластинки наносятся металлические электроды, к которым подводится высокочастотное и сравнительно высокое электрическое напряжение. Так, например, для создания мощного ультразвукового потока приходится на электроды кварцевой пластинки подавать напряжение, достигающее десятков тысяч вольт. При тех же условиях излучатель из титаната бария требует значительно меньших напряжений.
При подаче на поверхность пьезоэлектрика переменного электрического напряжения частоты V он изменяет свои размеры столько раз, какова частота V изменения напряжения. Иными словами, под воздействием переменного напряжения пьезоэлектрик колеблется и излучает в окружающее пространство волны. В зависимости от частоты колебаний эти волны могут восприниматься человеческим ухом. Частоты от 20 до 20 ООО гц относятся к звуковым частотам. Тела, колеблющиеся с частотами выше 20 000 гц, посылают в пространство ультразвуковые волны. Таким образом, подавая на электроды пьезоэлектрика переменное напряжение различных частот, можно получать различные волны, начиная с инфразвуковых и кончая ультразвуковыми.
Колебания пьезоэлектрика становятся особенно интенсивными, когда частота электрического напряжения совпадает с его собственной частотой. В этом случае возникает резонанс. Воспользовавшись им, можно построить излучатели высокой интенсивности.
русский / english
Главная >> Электричество, емкость >> Пьезоэлектрики
• Представлена информация о различных преобразователях и датчиках физических величин, параметров различных физических процессов.
• Электрофизические свойства и эффекты в различных электротехнических материалах.
• Теория, экспериментальые результаты, практическое применение
Смотрите также:
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, ДАТЧИКИ, СЕНСОРЫ
Информация, новости, реклама
