Piezoelectricity (1 / 5 steg)

Steg 1: Vad är piezoelectricity?

Piezoelectricity är den elektriska laddningen som ackumuleras i vissa fasta material (som kristaller, vissa keramik och biologiskt material som ben, DNA och olika proteiner) som svar på tillämpad mekanisk stress. Ordet piezoelectricity innebär el som härrör från tryck. Det härstammar från grekiska ordet piezo eller piezein, vilket innebär att krama eller pressa, och elektriska eller electron, som står för bärnsten, en forntida källa av elektrisk laddning.

De piezoelectric verkställer förstås som linjär elektromekaniska samspelet mellan mekaniskt och elektriska staten i kristallina material med ingen inversion symmetri. De piezoelectric verkställer är en reversibel process i detta material uppvisar direkta piezoelektrisk effekt (intern generering av elektrisk laddning som följer av en tillämpad mekanisk kraft) också uppvisar den omvända piezoelectric verkställer (intern generering av en mekanisk påfrestning som följer av en tillämpad elektriskt fält).

Arten av de piezoelectric verkställer är besläktat med förekomst av elektriska dipol stunder i fasta ämnen. Den senare kan antingen sättas igång för joner på crystal gallerplatser med asymmetrisk avgift omgivningar eller direkt får utföras av molekylära grupper. Dipol densitet eller polarisering (dimensionalitet [Cm/m3]) kan lätt beräknas för kristaller genom att summera de dipol stunderna per volym av kristallografiska enhet cellen. Eftersom varje dipol är en vektor, är dipol tätheten P en vektor sätter in. Dipoler nära varandra tenderar att anpassas i regioner kallas Weiss domäner. Domänerna är oftast slumpmässigt orienterade, men kan justeras med hjälp av poling (inte samma som magnetiska poling), en process som ett starkt elektriskt fält tillämpas över materialet, vanligtvis vid förhöjd temperatur. Inte alla piezoelektriska material kan vara Polat.
Av avgörande betydelse för de piezoelectric verkställer är ändringen av polarisering P vid tillämpningen av en mekanisk stress. Detta kan antingen orsakas av en omkonfigurationen av dipol-inducerande omge eller re-orientation av molekylärt dipole stunder under påverkan av yttre stress. Piezoelectricity kan sedan manifesteras i en variation av polarisering styrka, dess riktning eller båda, med detaljer beroende på

1. orientering av P i kristallen,

2. Crystal symmetri och

3. tillämpad mekanisk stress. Förändringen i P visas som en variant av ytan laddningstätheten på Kristallen vänder mot, dvs som en variant av det elektriska sätter sträcker sig mellan de ansikten som orsakas av en förändring i dipol täthet i bulk. Till exempel en 1 cm3 kub av kvarts med 2 kN (500 lbf) för korrekt tillämpad kraft kan producera en spänning på 12500 V.