壓電效應是19世紀末法國科學家居里兄弟發現的。當時，談論發現的現象的實際應用還為時過早，但目前，壓電元件在技術和日常生活中都得到了廣泛的應用。
壓電效應的本質
著名物理學家已經確定，當某些晶體（水晶、電氣石等）變形時，它們的表面會產生電荷。同時，電位差很小，但被當時存在的裝置自信地固定，並通過使用導體連接具有相反極性電荷的部分，可以獲得 電.該現象僅在壓縮或拉伸時在動力學中固定。靜態模式下的變形不會引起壓電效應。
很快，相反的效果在理論上得到了證明，並在實踐中被發現——當施加電壓時，晶體會變形。事實證明，這兩種現像是相互關聯的——如果一種物質表現出直接的壓電效應，那麼相反的情況也是它所固有的，反之亦然。
在具有足夠不對稱性的各向異性型晶格（其物理性質因方向而異）以及一些多晶結構的物質中觀察到這種現象。
在任何固體中，施加的外力都會引起變形和機械應力，而在具有壓電效應的物質中，它們也會引起電荷的極化，而極化取決於所施加力的方向。當改變曝光方向時，極化方向和電荷極性都會改變。極化對機械應力的依賴性是線性的，用表達式 P=dt 來描述，其中 t 是機械應力，d 是稱為壓電模塊（piezoelectric module）的係數。
反向壓電效應也會出現類似的現象。當外加電場方向改變時，變形方向也隨之改變。這裡的相關性也是線性的：r=dE，其中 E 是電場強度，r 是應變。對於所有物質，正壓電效應和逆壓電效應的係數 d 相同。
事實上，上述等式只是估計。實際的依賴性要復雜得多，並且還取決於力相對於晶軸的方向。
具有壓電效應的物質
第一次在水晶（石英）中發現了壓電效應。時至今日，這種材料在壓電元件的生產中非常普遍，但生產中不僅使用天然材料。
許多壓電體由具有 ABO 公式的物質製成。3，例如 BaTiO3, РbТiO3.這些材料具有多晶（由許多晶體組成）結構，為了使它們能夠表現出壓電效應，它們必須使用外部電場進行極化。
有一些技術可以得到薄膜壓電體（聚偏二氟乙烯等）。為了賦予它們必要的特性，它們還需要在電場中長時間極化。這種材料的優點是厚度非常小。
具有壓電效應的物質的性質和特性
由於極化只發生在彈性變形過程中，壓電材料的一個重要特性是它能夠在外力的作用下改變形狀。這種能力的值由彈性柔量（或彈性剛度）決定。
具有壓電效應的晶體具有很高的彈性——當力（或外部應力）被移除時，它們會恢復到原來的形狀。
壓電晶體也有自己的機械共振頻率。如果讓晶體在這個頻率下振動，幅度會特別大。
由於壓電效應不僅體現在整個晶體上，還體現在在一定條件下切割的薄片上，根據切割的幾何尺寸和方向，可以獲得不同頻率共振的壓電物質片。
此外，壓電材料的振動特性以機械品質因數為特徵。它顯示了共振頻率下的振盪幅度隨著相同的施加力增加了多少倍。
壓電體的特性明顯依賴於溫度，在使用晶體時必須考慮到這一點。這種依賴性的特徵在於係數：
- 諧振頻率的溫度係數顯示了當晶體被加熱/冷卻時諧振消失了多少；
- 溫度膨脹係數決定了壓電板的線性尺寸隨溫度變化的程度。
在一定溫度下，壓電晶體會失去其特性。這個極限稱為居里溫度。此限制因每種材料而異。例如，石英為 +573 °C。
壓電效應的實際應用
壓電元件最著名的應用是作為點火元件。壓電效應用於袖珍打火機或燃氣灶的廚房點火器。當晶體受壓時，會產生電位差，並在氣隙中出現火花。
壓電元件的這個應用領域並沒有窮盡。具有類似效果的晶體可以用作應變儀，但是這個使用領域受限於壓電效應的特性，只能出現在動力學中——如果變化停止，信號就會停止產生。
壓電晶體可用作麥克風 - 當暴露於聲波時，會形成電信號。反向壓電效應還允許（有時同時）使用這些元件作為聲音發射器。當向晶體施加電信號時，壓電元件將開始產生聲波。
這種發射器廣泛用於產生超聲波，特別是在醫療技術中。在 這個 也可以使用板的共振特性。它可以用作只選擇自然頻率波的聲學濾波器。另一種選擇是在聲音發生器（警報器、檢測器等）中同時使用壓電元件作為頻率設置和發聲元件。在這種情況下，聲音將始終以共振頻率產生，並且可以以很少的能量消耗獲得最大音量。
諧振特性用於穩定在射頻範圍內運行的發電機的頻率。石英片在調頻電路中起到高度穩定、高質量的振盪電路的作用。
仍然有一些很棒的項目可以在工業規模上將彈性變形的能量轉化為電能。例如，您可以使用在行人或汽車重力影響下的路面變形來照亮軌道的部分區域。您可以利用飛機機翼的變形能量來提供飛機網絡。這種使用受到壓電元件效率不足的限制，但已經創建了試點工廠，並且已經顯示出進一步改進的希望。
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