压电效应

发布时间 2023-11-28 18:39:06作者: papering

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 压电效应(英语:Piezoelectricity),是电介质材料中一种机械能电能互换的现象。压电效应有两种,正压电效应逆压电效应。压电效应在声音的产生和侦测、高电压的生成、电频生成、微量天平和光学器件的超细聚焦有着重要的运用。

 1880年皮埃尔·居里雅克·居里兄弟发现电气石具有压电效应。1881年,他们通过实验验证了逆压电效应,并得出了正逆压电常数。1910年,德国物理学家沃德马·沃伊特发表著作《晶体物理学教科书》(Lehrbuch der Kristallphysik,Textbook on Crystal Physics)。这本书描述了20种能够产生压电效应的自然晶体,并且用张量分析来严格定义压电常数。[1][2]:47

 

正压电效应

当对压电材料施以物理压力时,材料体内之电偶极矩会因压缩而变短,此时压电材料为抵抗这变化会在材料相对的表面上产生等量正负电荷,以保持原状。这种由于形变而产生电极化的现象称为“正压电效应”。若欲持续产生电能,须使材料振动。[3]

正压电效应实质上是机械能转化为电能的过程。

 

逆压电效应

当在压电材料表面施加电场(电压),因电场作用时电偶极矩会被拉长,压电材料为抵抗变化,会沿电场方向伸长。这种通过电场作用而产生机械形变的过程称为“逆压电效应”。逆压电效应实质上是电能转化为机械能的过程。

两种压电效应的关系

可以证明,正压电效应和逆压电效应中的系数是相等的,且具有正压电效应的材料必然具有逆压电效应。[2]:48页