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简说压电效应

发布时间:2024-09-13      点击次数:153

何为压电效应,它又是从何而来呢?今天我们谈谈压电效应的“身世”

发现它的存在:

压电效应最早是由‌雅克·居里(Jacques Curie)和皮埃尔·居里(Pierre Curie)兄弟在1880年发现的。他们在电气石中施以压力时发现了电性产生,并随后系统地研究了施压方向与电场强度间的关系。1881年,他们验证了逆压电效应,并得出了正逆压电常数。1984年,德国物理学家沃德马·沃伊特(德语:Woldemar Voigt),推论出只有无对称中心的20中点群的晶体才可能具有压电效应。

它的定义:

通俗的定义为:它是一种施加应力能产生电荷,施加电场能产生尺寸上变

形的效应,称为压电效应。

它的分类:

可分为正压电效应和逆压电效应;

正压电效应:对某种压电材料施加一定的压力时,它的内部会出现极化现象,即在材料相对的表面会出现相对的正负电荷,从而产生电位差,这样材料就带电了。当外力去掉时,材料又恢复到不带电的状态。这种现象叫正压电效应。简单而言就是机械能转化为电能的现象。

逆压电效应:对压电材料施加电场时,材料发生形变。即电能转化为机械能的现象。

它的原理:

压电效应的原理是,如果对压电材料施加压力,它便会产生电位差(称之为正压电效应),反之施加电压,则产生机械应力(称为逆压电效应)。如果压力是一种高频震动,则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时,则产生高频声信号(机械震动),这就是我们平常所说的超声波信号。也就是说,压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能,这种相互对应的关系确实非常有意思。

它的应用:

压电材料可以因机械变形产生电场,也可以因电场作用产生机械变形,这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如,压电材料已被用来制作智能结构,此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能,在未来的飞行器设计中占有重要的地位。

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