Исследование свойств пьезоэлектриков используемых в производстве бытовой техники

Исследование свойств пьезоэлектриков используемых в производстве бытовой техники

4.1 Цель работы: Исследование зависимости поляризованности пьезоэлектрика от механического напряжения на его гранях.

4.2 Теоритические исследования:

Пьезоэлектрики- это материалы, обладающие сильно выраженным пьезоэффектом. Пьезоэлектрики  относятся к категории так называемых активных диэлектриков.

В основе работы пьезоэлектриков лежит явление прямого и обратного пьезоэлектричекого эффекта.

Прямой пьезоэлектрический эффект- явление поляризации диэлектрика под действием механических напряжений:

                                       Q=dF

Где Q –заряд на гранях пьезоэлектрика ;

d- пьезомодуль;

F- сила, воздействующая на грани диэлектрика.

Обратный пьезоэлектрический эффект- изменение размеров диэлектрика при помещение его в электрическое поле:

∆  I/I=δ=De

где I-значение линейного размера;

δ- Относительная деформация

E- Напряженность электрического поля.

 Пои изменении величины  усиления, воздействующей на поверхностьпьезоэлектрика заряд на его поверхностях изменяется по линейному закону. В свою очередь,  величина и знак изменение линейных размеров пьезоэлектрика линейно зависят от величины напряженности электрического поля.

Различают продольный и поперечный пьезоэлектрические эффекты.

Продольный пьезоэлектрический эффект- эффект,Ю при котором возникновение зарядов на противоположных поверхностях пластины происходит в направлении приложение механических усилий при прямом пьезэффекте, деформация происходит в направлении силовых линий электрического поля .

Поперечный пьезоэлектрический эффект- эффект, при котором направление  механических усилий и зарядов при прямом пьезоэффекте и направления деформации и силовых линий электрического поля при обратном пьезоэффекте, взаимно перпендикулярны.

Условиями существования пьезоэлектрического эффекта являются:

- пьезоэлектриками моут быть ионные или сольнополярные диэлектрики;

-отсутствие центра симметрии кристалла;

-высокое удельное сопративление материала.

Поскольку любой диэлектрик, в то числе пьезоэлектрик обладает конечной величиной  токов утечки, то при приложении механического усилия на поверхность пьезоэлектрика поисходит постепенная компенсация заряда на поверхности пластины.

Поэтому, явление прямого пьезоэлектрического эффекта проявляетсялишь в течении некоторого  малого промежутка времени. Поэтому, приминения пьезоэффекта возможно лишь при использованиидинамической механической нагрузки, например, в головках звукоснимателей грампластинок.

В электронных аппаратох типы пьезоэлектриков:

-монокристалический кварц;

-сульфат лития;

-сегнетовая соль;

-дигидгофасфат;

-ниобат и танталат лития;

-пьезокерамика.

Наибольшее  распостранение получили монокристалический кварц и  пьезокерамика.

Области применения монокристалическов:

- пьезоэлектрические резисторы;

-ультразвуковые излучатели в широком диапазоне частот для целей гидроакустики, дефектоскопии, механической робработки материалов.

-микрофоны, телефоны, громкоговорители;

датчики ускорения, давления, механической деформации;

-линии задержки, пьезотрансформаторы.

4.3 Описание лабораторной установки

Для выполнения лабораторной работы применяется лобораторный макет, предназначенный для исследования прямого пьезоэлектрического эффекта.

Особенностью лабораторной установки является то, что необходимо при проведении эксперимента обеспечить воздействие переменой механической нагрузки на объект  исследования- пьезоэлектрическую пластину.

Для этого исследуемая пластина подвергается воздействию синусоидально  изменяющегося давления со стороны головки динамической 0,5ГДШ-1. колебание мембраны динамической головки генерируется путем подачи на ее контакты сигнала с генератора синусоидального напряжения. Величина напряжения на  контактах головки динамической определяет величину механического воздействия на поверхность пластины.