2 Модуль

1.)В чём состоит физическая сущность пьезоэффекта?

Пьезоэффект - связь между электрической поляризацией (индукцией) или электрическим полем и механическим напряжением или деформацией, которая наблюдается у некоторых диэлектриков и полупроводников. Физическая сущность этого эффекта заключается в том, что при механическом растяжении или сжатии на поверхности пластин некоторых твердых материалов появляются электрические заряды противоположного знака - возникает прямой пьезоэффект (а,б); наоборот, при подаче на поверхность пластин переменных электрических зарядов пластина начинает сжиматься и разжиматься - имеет место обратный пьезоэффект (в,г). Такими свойствами обладает ряд природных и искусственных материалов: кварц, турмалин, титанат бария, и др.При реализации обратного пьезоэффекта механически вибрирующая пьезопластинка играет роль «молоточка», посылающего пучок упругих колебаний в контролируемый материал. Одновременно та же пластинка под действием прямого пьезоэффекта может служить преобразователем механических колебаний в электрические сигналы. Прямой пьезоэффект, связанный с деформацией по толщине, применяют для приема продольных волн, а обратный пьезоэффект - для излучения этих волн.

2.) Перечислите основные свойства и характеристики пьезоматериалов и дайте их физический смысл.

Свойства пьезоэлектрических материалов характеризуются следующими основными величинами: пьезомодулем d и диэлектрической проницаемостью e, коэффициентом упругой податливости S^E, скоростью распространения звука с, тангенсом угла диэлектрических потерь tgd, плотностью r, предельно допустимой температурой Т, добротностью Q. Во многих случаях оценить пьезоэлектрические материалы применительно к различным режимам и условиям работы преобразователя оказывается удобнее параметрами, в которые вышеперечисленные величины входят в виде различных комбинаций. К числу таких наиболее важных параметров относятся: 1) Величина , определяющая чувствительность преобразователя по напряжению.2)Величина , которая входит в выражение электромеханического к.п.д. преобразователей (чем она выше, тем выше к.п.д.).3) Коэффициент электромеханической связи b. Он определяется как отношение взаимной упругой и электрической энергии пьезоэлектрического преобразователя к среднему геометрическому значению суммарной плотности упругой и электрической энергии. Именно квадрат коэффициента электромеханической связи определяет чувствительность пьезопреобразователя при излучении и приеме ультразвука.

где e₀ - диэлектрическая постоянная вакуума; e - диэлектрическая постоянная вещества пьезоэлектрика.

Механическое напряженное состояние пьезоэлектрической cреды описывается системой уравнений, которая в матричной записи имеет вид

где - компоненты механического напряжения; - модули упругости cреды при постоянном электрическом поле; uk - компоненты упругих деформаций; epi - пьезопостоянные cреды; Ep - компоненты вектора напряженности электрического поля.