A szilárd dielektrikumok tulajdonságainak tanulmányozása kimutatta, hogy némelyikük nem csak elektromos tér hatására polarizálódik, hanem a rájuk gyakorolt ​​mechanikai hatások hatására bekövetkező deformáció során is.

A dielektrikum mechanikai hatású polarizációját közvetlen piezoelektromos hatásnak nevezzük. Ez a hatás a kvarckristályok és az összes szegmenselektromos elem velejárója. Megfigyeléséhez a kristályból egy téglalap alakú paralelepipedont vágnak ki, amelynek éleit szigorúan meghatározott módon kell elhelyezni a kristályhoz képest. Ha egy paralelepipedont összenyomnak, az egyik oldala pozitív, a másik negatív töltésű lesz. Kiderül, hogy ebben az esetben az arc polarizációs töltéssűrűsége egyenesen arányos a nyomással, és nem függ a paralelepipedon méretétől. Ha a kompressziót a paralelepipedon nyújtásával váltjuk fel, akkor a felületén lévő töltések az ellenkezőjére változnak.

A piezokristályoknál az ellenkező jelenség is megfigyelhető. Ha egy piezokristályból kivágott lemezt elektromos térbe helyezünk, feltöltve a fémlemezeket, akkor az polarizálódik és deformálódik, például összenyomódik. Amikor a külső elektromos tér iránya megváltozik, a lemez összenyomódását felváltja annak nyújtása (tágulása). Ezt a jelenséget inverz piezoelektromos hatásnak nevezik.

Rizs. 31. Piezoelektromos jelátalakító

A töltés vagy feszültség változásának érzékelésére a piezoelektromos anyaghoz két fémlemezt csatlakoztatnak, amelyek valójában egy kondenzátor lapjait alkotják, amelyek kapacitását az arány határozza meg.

ahol Q a töltés,

V - feszültség.

ábrán. A 31. ábra egy piezoelektromos átalakító eszközét mutatja.

A gyakorlatban piezoelektromos anyagként kvarckristályokat, rozéliumsót, szintetikus kristályokat (lítium-szulfát) és polarizált kerámiát (bárium-titán) használnak.

A kvarclemezeket széles körben használják piezoelektromos mikrofonokban, biztonsági érzékelőkben és folyamatos hullámgenerátorok stabilizátoraiban.

ábrán. A 32. ábra egy piezoelektromos mikrofon eszközét mutatja

Amikor a hangnyomás eltéríti a membránt, annak mozgása a piezoelektromos lemez deformációját okozza, ami viszont elektromos jelet hoz létre a kimeneti érintkezőkön.

Optikai konverterek

Az optikai konverterek olyan eszközöket tartalmaznak, amelyek a fényenergiát elektromos energiává alakítják és fordítva. A legegyszerűbb ilyen típusú eszköz egy LED, amely fényt bocsát ki, amikor az áramot a p-n átmeneten előrefelé haladják át. A LED-del fordított eszközt fotodiódának nevezzük. A fotodióda az optikai sugárzás vevője, amely azt elektromos jelekké alakítja. Ezenkívül a fényt elektromos energiává alakító fotodióda elektromos energia - napfény - forrásként is működik.

A bonyolultabb optikai konverterek az elektro-optikai konverterek (EOC) és a különféle kivitelű sugárzó televíziócsövek.

Az optikai rendszerek információszivárgásának technikai csatornáit tekintve az akusztikai-optikai hatás veszélyes. Az akuszto-optikai hatás a fény törésének, visszaverődésének vagy szórásának jelensége, amelyet a fényvisszaverő üvegfelületek vagy az optikai kábelek hangrezgések hatására bekövetkező rugalmas deformációi okoznak.

Az optikai kábel fő eleme egy vékony, hengeres üvegszál formájú fényvezető. A szálas fényvezető kétrétegű kialakítású, egy magból és egy különböző optikai jellemzőkkel (törésmutatókkal) rendelkező burkolatból áll p1És n2). A mag az elektromágneses energia továbbítására szolgál. A héj célja: jobb feltételek megteremtése a mag-héj határon a visszaverődéshez és a környező térbe irányuló energiasugárzás elleni védelemhez.

A hullámnak a fényvezetőn keresztül történő átvitele a mag és a burkolat határáról való visszaverődése miatt történik, amelyek különböző törésmutatókkal rendelkeznek ( p1És n2). A hagyományos elektromos vezetékekkel ellentétben a fényvezetőknek nincs két vezetőjük, és az átvitel a hullámvezető módszerrel egy hullámvezetőben történik, a hullám többszörös visszaverődése miatt az interfészről

A legelterjedtebb kétféle szálas fényvezető: lépcsős és gradiens (33. ábra).

A modern száloptikai rendszerekben az információtovábbítás folyamata a fényforrás amplitúdójának, intenzitásának és polarizációjának modulációját használja.

Az optikai kábelt érő külső akusztikus hatás annak geometriai méreteinek (vastagságának) megváltozásához vezet, ami a fény útjában bekövetkező változást okoz, pl. az intenzitás változásához, és ennek a nyomásnak a nagyságával arányosan.

A szálas fényvezetők, mint a mechanikai nyomást a fényintenzitás változásaivá alakítják, gyakorlati alkalmazást találnak a biztonsági rendszerekben, és az akusztikus-optikai (vagy akuszto-elektromos) konverzió miatt akusztikus információ szivárgásának forrásai – a mikrofonhatás a szálban -optikai információátviteli rendszerek.

Amikor a szálak lazán rögzítve vannak a fényvezetők levehető csatlakozójában, megjelenik az akusztikus mezők általi fénymoduláció akusztikai-optikai hatása. Az akusztikus szálak a fényvezető összekapcsolt végeit egymáshoz képest eltolják. Ily módon a szálon áthaladó sugárzás amplitúdómodulációját hajtják végre. Ez a tulajdonság praktikusan alkalmazható az oszcilláló optikai szálas hidrofonokban. ábrán. A 34. ábra egy ilyen érzékelő (transzducer) kialakítását mutatja

A modulációs mélység két paramétertől függ, amelyek közül az egyiket (dt/dx) a szál kialakítása és tulajdonságai, a másikat a nyomáserő határozza meg.

A fényvezető nyomásérzékenységét az arány határozza meg

hol van a nyomásváltozások okozta fáziseltolódás.

Piezoelektromos hatás(rövidítve piezoelektromos hatás) anizotróp dielektrikumokban figyelhető meg, főként bizonyos anyagok kristályaiban, amelyek bizonyos, meglehetősen alacsony szimmetriájúak. A piezoelektromos hatás olyan kristályokban jelentkezhet, amelyeknek nincs szimmetriaközéppontja, de vannak úgynevezett poláris irányai (tengelyei). Piezo hatás Egyes rendezett szerkezetű (textúrájú) polikristályos dielektrikumok, például kerámia anyagok és polimerek is rendelkezhetnek. A piezoelektromos hatású dielektrikumokat ún piezoelektromos.

A piezoelektromos kristályon bizonyos irányokban ható külső mechanikai erők nemcsak mechanikai feszültségeket és deformációkat okoznak benne (mint minden szilárd testben), hanem elektromos polarizációt is, és ennek következtében különböző jelű elektromos töltések megjelenését a felületein. . Ha a mechanikai erők iránya megfordul, a polarizáció iránya és a töltések előjele ellentétessé válik. Ezt a jelenséget az ún közvetlen piezoelektromos hatás. A piezoelektromos hatás reverzibilis. Amikor egy piezoelektromos anyagot, például egy kristályt megfelelő irányú elektromos tér hatásának teszünk ki, mechanikai feszültségek és deformációk lépnek fel benne. Ha az elektromos tér irányát megfordítjuk, a feszültség és az alakváltozás iránya ennek megfelelően megfordul. Ezt a jelenséget az ún fordított piezoelektromos hatás.

Közvetlen (a, b) és fordított (c, d) piezoelektromos hatások sematikus képei. A P és E nyilak külső hatásokat – mechanikai erőt és elektromos térerősséget – ábrázolnak. A szaggatott vonalak a piezoelektromos áramkör körvonalait mutatják a külső hatás előtt, a folytonos vonalak a piezoelektromos deformáció kontúrjait (az áttekinthetőség kedvéért sokszor nagyítva); P a polarizációs vektor.

Egyes források helytelenül használják az inverz piezoelektromos hatás kifejezést elektrostrikció, hasonló, de eltérő fizikai jelenségre vonatkozik, amely minden dielektrikumra jellemző, deformációjuk elektromos tér hatására. Az elektrosztikció egyenletes hatás, vagyis az alakváltozás nem függ az elektromos tér irányától, és nagysága arányos az elektromos térerősség négyzetével. Az elektrosztrikciós alakváltozási sorrend jóval kisebb, mint a piezoelektromos hatás során (körülbelül két nagyságrenddel). A piezoelektromos hatás során mindig bekövetkezik az elektrosztikció, de kicsisége miatt nem veszik figyelembe. Az elektrostrikció visszafordíthatatlan hatás.

A direkt és inverz piezoelektromos hatások lineárisak, és a P elektromos polarizációt a t mechanikai igénybevételhez viszonyított lineáris függőségekkel írják le: P = dt

Ezt a függőséget a közvetlen piezoelektromos hatás egyenletének nevezzük. A d arányossági együtthatót piezoelektromos modulusnak (piezoelektromos modulusnak) nevezzük, és a piezoelektromos hatás mértékeként szolgál. Az inverz piezoelektromos hatást a függés írja le: r = dE
ahol r deformáció; E az elektromos térerősség. A d piezomodulus direkt és fordított hatások esetén azonos értékű.

A megadott kifejezéseket csak a piezoelektromos jelenségek minőségi oldalának tisztázása érdekében adjuk meg elemi formában. A valóságban a kristályokban előforduló piezoelektromos jelenségek összetettebbek, ami a rugalmas és elektromos tulajdonságaik anizotrópiájának köszönhető. A piezoelektromos hatás nemcsak a mechanikai vagy elektromos hatás nagyságától függ, hanem a kristály krisztallográfiai tengelyeihez viszonyított erők természetétől és irányától is. A piezoelektromos hatás normál és tangenciális feszültségek hatására is létrejöhet. Vannak olyan irányok, amelyeknél a piezoelektromos hatás nulla. A piezoelektromos hatást több piezoelektromos modul írja le, amelyek száma a kristály szimmetriájától függ. A polarizációs irányok egybeeshetnek a mechanikai igénybevétel irányával, vagy bezárhatnak vele valamilyen szöget. Ha a polarizáció és a mechanikai feszültség iránya egybeesik, a piezoelektromos hatást longitudinálisnak, ha pedig egymásra merőlegesek, akkor keresztirányúnak nevezzük. A tangenciális feszültségek iránya annak a síknak a merőlegese, amelyben a feszültségek hatnak.

A longitudinális (a) és keresztirányú (b) piezoelektromos hatásokat magyarázó sematikus képek

A piezoelektromos effektusból adódó deformációk abszolút értékben igen jelentéktelenek. Például egy 1 mm vastag kvarclemez 100 V feszültség hatására mindössze 2,3 x 10 -7 mm-rel változtatja meg vastagságát. A piezoelektromos elemek alakváltozási értékeinek jelentéktelenségét nagyon nagy merevségük magyarázza.

1756-ban F. Epinus orosz akadémikus felfedezte, hogy amikor egy turmalinkristályt felmelegítenek, elektrosztatikus töltések jelennek meg az arcán. Ezt követően az atomjelenség a piroelektromos hatás nevet kapta. F. Epinus feltételezte, hogy a hőmérséklet változásakor megfigyelhető elektromos jelenségek oka két felület egyenetlen felmelegedése, ami mechanikai feszültség megjelenéséhez vezet a kristályban. Ugyanakkor rámutatott, hogy a kristály egyes végein a pólusok eloszlásának állandósága a kristály szerkezetétől és összetételétől függ, így F. Epinus közel került a piezoelektromos hatás felfedezéséhez.

A kristályokban tapasztalható piezoelektromos hatást 1880-ban fedezték fel P. és J. Curie testvérek, akik mechanikai igénybevétel hatására elektrosztatikus töltések megjelenését figyelték meg a kvarckristályból meghatározott irányban kivágott lemezek felületén. Ezek a töltések arányosak a mechanikai igénybevétellel, ezzel előjelet váltanak, és eltávolításkor eltűnnek. Közvetlen piezoelektromos hatásnak nevezzük a dielektrikum felületén az elektrosztatikus töltések kialakulását és a benne mechanikai igénybevétel hatására bekövetkező elektromos polarizációt.

A közvetlen mellett van egy fordított piezoelektromos hatás, amely abban áll, hogy a piezoelektromos kristályból kivágott lemezben a rá alkalmazott elektromos tér hatására mechanikai deformáció lép fel; és a mechanikai alakváltozás nagysága arányos az elektromos térerősséggel. Az inverz piezoelektromos hatás nem tévesztendő össze az elektrostrikció jelenségével, vagyis a dielektrikum elektromos tér hatására bekövetkező deformációjával. Elektrosztrikciónál az alakváltozás és a tér között másodfokú kapcsolat van, a piezoelektromos hatásnál pedig lineáris.

Ezenkívül bármilyen szerkezetű dielektrikumban, és még folyadékokban és gázokban is előfordul elektrostrikció, míg a piezoelektromos hatás csak a szilárd, főleg kristályos dielektrikumokban figyelhető meg.

A piezoelektromosság csak azokban az esetekben jelenik meg, amikor a kristály rugalmas deformációja a kristály egységcella pozitív és negatív töltéseinek súlypontjainak elmozdulásával jár, vagyis amikor indukált dipólusmomentumot okoz, ami szükséges a dielektrikum elektromos polarizációjának előfordulására mechanikai igénybevétel hatására. Azokban a szerkezetekben, amelyeknek szimmetriaközéppontja van, egyetlen egyenletes deformáció sem zavarhatja meg a kristályrács belső egyensúlyát, ezért csak 20 olyan osztály piezoelektromos, amelyeknek nincs szimmetriaközéppontja. A szimmetriaközéppont hiánya szükséges, de nem elégséges feltétele a piezoelektromos hatás fennállásának, ezért nem minden acentrikus kristály rendelkezik vele.

A piezoelektromos hatás nem figyelhető meg szilárd amorf és kriptokristályos dielektrikumoknál, mivel ez ellentmond azok gömbszimmetriájának. Kivételt képez, ha külső erő hatására anizotróp állapotba kerülnek, és ezáltal részben az egykristályok tulajdonságait nyerik el.A piezoelektromos hatás bizonyos típusú kristályos textúrákban is lehetséges.

A piezoelektromos hatás mindeddig nem talált kielégítő mennyiségi leírást a kristályrács modern atomelméletének keretein belül. A piezoelektromos állandók sorrendjét még a legegyszerűbb típusú szerkezeteknél sem lehet még megközelítőleg kiszámítani.

Mindegyik piezoelektromos elektromechanikus átalakító, ezért fontos jellemzője a k elektromechanikus csatolási együttható. Ennek az együtthatónak a négyzete az adott típusú deformációnál mechanikai formában megnyilvánuló energia és az áramforrás bemenetén kapott teljes elektromos energia arányát jelenti.

A piezoelektromos elemek sok esetben elengedhetetlenek rugalmas tulajdonságaikhoz, amelyeket rugalmassági modulusokkal (Young moduli Eyu) vagy inverz mennyiségekkel – s rugalmassági állandókkal – írnak le.

Piezoelektromos elemek rezonátorként való alkalmazásakor bizonyos esetekben frekvencia együtthatót vezetnek be, amely a piezoelektromos elem rezonanciafrekvenciájának és a rezgés típusát meghatározó geometriai méretnek a szorzata. Ez az érték arányos a hang sebességével a rugalmas hullámok terjedésének irányában a piezoelektromos elemben. Jelenleg sok olyan anyag ismert (több mint 500), amelyek piezoelektromos aktivitást mutattak. Azonban csak kevesen találnak gyakorlati alkalmazást.

A piezoelektromos hatás mellett ennek ellentétes jelensége is van: a piezoelektromos kristályokban a polarizáció fellépése mechanikai deformációkkal jár együtt. Ezért, ha elektromos feszültséget kapcsolunk a kristályra szerelt fémlemezekre, a kristály polarizálódik és deformálódik a tér hatására.

Könnyen belátható, hogy az inverz piezoelektromos hatás létezésének szükségessége az energia megmaradás törvényéből és a közvetlen hatás fennállásának tényéből következik. Tekintsünk egy piezoelektromos lemezt (5. ábra), és tegyük fel, hogy F külső erők hatására összenyomjuk. Ha nem lenne piezoelektromos hatás, akkor a külső erők munkája megegyezne a rugalmasan deformált lemez potenciális energiájával. A piezoelektromos hatás jelenlétében töltések jelennek meg a lemezen, és elektromos mező keletkezik, amely további energiát tartalmaz. Az energiamegmaradás törvénye szerint ebből az következik, hogy amikor egy piezoelektromos lemezt összenyomnak, sok munka megy végbe, ami azt jelenti, hogy további F1 erők lépnek fel benne, amelyek ellensúlyozzák az összenyomódást. Ezek az inverz piezoelektromos hatás erői. A fenti okfejtésből összefüggés rajzolódik ki mindkét hatás jelei között. Ha mindkét esetben a töltések előjelei a lapokon azonosak, akkor az alakváltozások jelei eltérőek. Ha a lemez összenyomásakor töltések jelennek meg a lapokon, ahogy az az ábrán látható. 5, akkor amikor ugyanazt a polarizációt egy külső mező hozza létre, a lemez megnyúlik.

5. ábra. Közvetlen és inverz piezoelektromos hatások kapcsolata.

Az inverz piezoelektromos hatás felületesen hasonló az elektrostrikcióhoz. Ez a két jelenség azonban különbözik egymástól. A piezoelektromos hatás a tér irányától függ, és amikor az utóbbi iránya az ellenkezőjére változik, előjelet vált. Az elektrostrikció nem függ a tér irányától. A piezoelektromos hatás csak néhány olyan kristálynál figyelhető meg, amelyeknek nincs szimmetriaközéppontja. Elektrostrikció minden dielektrikumban előfordul, szilárd és folyékony halmazállapotban egyaránt.

Ha a lemez rögzített és nem deformálható, akkor elektromos tér keletkezésekor további mechanikai feszültség lép fel benne, melynek s értéke arányos a kristályon belüli elektromos térerősséggel:

ahol  ugyanaz a piezoelektromos modul, mint a közvetlen piezoelektromos hatás esetén. A mínusz ebben a képletben a közvetlen és fordított piezoelektromos hatások előjeleinek fenti arányát tükrözi.

A kristályon belüli teljes mechanikai feszültség a deformáció okozta feszültség és az elektromos tér hatására keletkező feszültség összege. Ez egyenlő

Itt C a rugalmassági modulus egyoldalú húzódeformáció esetén (Young modulusa) állandó elektromos tér mellett. Az (51.2) és (52.2) képletek a fő összefüggések a piezoelektromosság elméletében.

A képletek írásakor független változónak választottuk az u-t és az E-t, és ezeknek tekintettük a D-t és az s-t. Ez természetesen nem szükséges, független változónak tekinthetnénk egy másik mennyiségpárt is, amelyek közül az egyik mechanikus, a másik elektromos. Ekkor két lineáris összefüggést is kapnánk u, s, E és D között, de eltérő együtthatókkal. A vizsgált probléma típusától függően az alapvető piezoelektromos összefüggések írásának különféle formái kényelmesek.

Mivel minden piezoelektromos kristály anizotróp, a , C és  állandók a lemezfelületek kristálytengelyekhez viszonyított orientációjától függenek. Ezenkívül attól is függ, hogy a lemez oldalfelületei rögzítettek vagy szabadok (a deformáció során fennálló peremfeltételektől függenek). Hogy képet kapjunk ezen állandók nagyságrendjéről, bemutatjuk a kvarc értékét abban az esetben, ha a lemezt az X tengelyre merőlegesen vágjuk, és az oldalfelületei szabadok:

=4,5; C = 7,8 10 10 N/m2; =0,18 C/m2.

Tekintsünk most egy példát a (4) és (5) alapösszefüggések alkalmazására: Tegyük fel, hogy a fentebb jelzett módon vágott kvarclemez az X tengely mentén meg van feszítve, és a lapokat érintő lapok nyitottak. Mivel a lemezek töltése a deformáció előtt nulla volt, és a kvarc dielektrikum, így a deformáció után a lemezek töltésmentesek lesznek. Az elektromos elmozdulás definíciója szerint ez azt jelenti, hogy D=0. Ekkor a (4) összefüggésből következik, hogy az alakváltozás során egy erősségű elektromos tér

E=-(/0)u (6)

Ezt a kifejezést behelyettesítve az (5) képletbe, azt kapjuk, hogy

mechanikai igénybevétel a lemezben

s=Cu-(-(/0)u)=C(1+( 2 /0C))u (7)

A feszültség, mint a piezoelektromos hatás hiányában, arányos a feszültséggel. A lemez rugalmas tulajdonságait azonban ma már az effektív rugalmassági modulus jellemzi

С" == С (1 +  2 /0С). (8)

amely nagyobb, mint C. A rugalmas merevség növekedését a fordított piezoelektromos hatás során további feszültség megjelenése okozza, amely megakadályozza a deformációt. A kristály piezoelektromos tulajdonságainak a mechanikai tulajdonságaira gyakorolt ​​hatását a mennyiség jellemzi

K 2=  2 /0C (9)

Ennek az értéknek a négyzetgyökét (K) nevezzük elektromechanikus csatolási állandónak. A fenti , C és  értékeket felhasználva azt találjuk, hogy K 2 ~0,01 kvarc esetén az összes többi ismert piezoelektromos kristálynál K 2 is kicsi. egységhez képest és nem haladja meg a 0 ,1 értéket.

Most becsüljük meg a piezoelektromos tér nagyságát. Tegyük fel, hogy 1 105 5 N/m 2 mechanikai feszültség éri a kvarclemez X tengelyre merőleges felületeit. Ekkor a (7) szerint az alakváltozás u=1,3 10 - 6 lesz. Ezt az értéket a (6) képletbe behelyettesítve |E|==5900 V/m=59 V/cm kapunk. Mondjuk d==0,5 cm lemezvastagság esetén a lemezek közötti feszültség U=Ed~30 V lesz. Látjuk, hogy a piezoelektromos mezők és feszültségek nagyon jelentősek lehetnek. A kvarc helyett erősebb piezoelektromos anyagok alkalmazásával és megfelelően megválasztott alakváltozási módok alkalmazásával sok ezer voltban mérhető piezoelektromos feszültségek nyerhetők.

A piezoelektromos hatást (közvetlen és fordított) széles körben használják különféle elektromechanikus átalakítók tervezésére. Erre a célra néha kompozit piezoelemeket használnak, amelyeket különféle típusú deformációk végrehajtására terveztek.

A 6. ábra egy (két lemezből álló) kettős piezoelektromos elemet mutat, amely összenyomva működik. A lemezeket úgy vágják ki a kristályból, hogy egyszerre vagy összenyomódnak, vagy megnyúlnak. Ha éppen ellenkezőleg, egy ilyen piezoelektromos elemet külső erők összenyomnak vagy megfeszítenek, akkor a lemezei között feszültség jelenik meg. A lemezek csatlakozása ebben a piezoelektromos elemben megfelel a kondenzátorok párhuzamos csatlakoztatásának.

Rizs. 6. Kompresszióban működő kettős piezoelektromos elem.

ULTRAAKUSTIKUS TECHNOLÓGIA

Számos kristály található, amelyek felületén deformáció esetén elektromos töltések keletkeznek. Az ilyen kristályokat piezoelektromosnak nevezik. A deformáció során keletkező felületi töltések a felület különböző részein eltérő előjelűek. A piezoelektromos anyagok közé tartozik a kvarc, a turmalin, a Rochelle-só és sok más.

Csak az ionos kristályok rendelkeznek piezoelektromos tulajdonságokkal. Külső erők hatására a pozitív ionok kristályos részrácsa másképpen deformálódik, mint a negatív ionok kristályos részrácsa. Ennek eredményeként a pozitív és negatív ionok relatív elmozdulása következik be, ami a kristály és a felületi töltések polarizációjához vezet. A polarizáció első közelítéssel egyenesen arányos az alakváltozással, a kristály deformációja pedig egyenesen arányos az erővel. Ezért a polarizáció egyenesen arányos az alkalmazott erővel.

ábrán. A 6.1 minőségileg magyarázza a közvetlen és fordított piezoelektromos hatások előfordulását a kvarcban.

A deformált dielektrikum ellentétes töltésű lapjai között potenciálkülönbség keletkezik, amely mérhető, értékéből pedig következtetés vonható le az alakváltozások nagyságáról és az alkalmazott erőkről, aminek számos gyakorlati alkalmazása van. Például piezoelektromos érzékelők állnak rendelkezésre a gyorsan változó nyomások mérésére. Ismertek piezoelektromos mikrofonok, piezoelektromos érzékelők az automatizálásban és a telemechanikában stb.

Közvetlen piezoelektromos hatás

A közvetlen piezoelektromos hatáson kívül a piezoelektromos technikákban van egy inverz piezoelektromos hatás is. Abból áll, hogy külső elektromos térben a piezoelektromos deformálódik. Léte a közvetlen hatás meglétéből és az energiamegmaradás törvényéből következik. A piezoelektromos deformáció során a rugalmas alakváltozási energia és a piezoelektromos hatás hatására létrejövő elektromos tér energiájának létrehozására fordítanak munkát. Következésképpen egy piezoelektromos deformációnál a kristály rugalmas erején túl egy járulékos erő leküzdésére van szükség, amely megakadályozza a deformációt és a fordított piezoelektromos hatást kiváltó tényező. A többleterő kompenzálására a piezoelektromos hatásban keletkezővel ellentétes külső elektromos mezőt kell alkalmazni. Tehát ahhoz, hogy egy piezoelektromos anyag valamilyen alakváltozást kapjunk külső elektromos tér hatására, az szükséges, hogy az egyenlő legyen, de ellentétes legyen azzal a térrel, amely egy adott deformációnál a közvetlen piezoelektromos hatás következtében keletkezik. A fordított piezoelektromos hatás mechanizmusa hasonló a közvetlen piezoelektromos hatás mechanizmusához. Külső elektromos tér hatására a pozitív és negatív ionok kristályrészrácsai különböző módon deformálódnak, ami a kristály deformációjához vezet.

Az inverz piezoelektromos hatásnak számos gyakorlati alkalmazása is van, különösen a kvarc ultrahang emittereket használják széles körben.

Fordított piezoelektromos hatás:

Így a vastagsága mentén oszcilláló kvarclemez (X-metszet) esetén a rezonanciafrekvencia (alapharmonikus) a képlet segítségével határozható meg.

ahol a lemez vastagsága cm-ben kifejezve.