压电效应
压电效应原理
压电效应原理压电效应是指在某些晶体材料中，当受到外力作用时，会产生电荷分离的现象。
这一现象被称为压电效应，是一种将机械能转化为电能的重要物理效应。
压电效应的原理涉及到晶体结构和电荷分布的变化，下面将详细介绍压电效应的原理。
首先，我们需要了解晶体结构对压电效应的影响。
晶体是由周期性排列的原子或分子组成的固体，具有一定的对称性。
在某些晶体中，由于晶格结构的特殊性质，当受到外力作用时，晶体内部的正负电荷会发生相对位移，从而产生电荷分离的现象。
这种电荷分离导致晶体内部产生极化，形成了电偶极子，从而产生了压电效应。
其次，压电效应的原理还涉及到电荷分布的变化。
当外力作用于晶体材料上时，晶体内部的正负电荷会发生相对位移，导致电荷分布的不均匀。
这种电荷分布的不均匀会导致晶体内部产生电场，从而产生电势差。
当外力去除后，晶体内部的电荷分布会恢复到初始状态，这种电荷分布的变化就是压电效应的基本原理。
另外，压电效应的原理还与晶体的对称性有关。
对称性是指晶体在空间中的重复性排列特征。
在一些特定的晶体结构中，由于对称性的特殊性质，压电效应会得到显著增强。
这种对称性导致了晶体内部的电荷分布和极化产生了特殊的排列方式，从而使得压电效应得以表现。
总的来说，压电效应的原理是由晶体结构、电荷分布的变化和对称性共同决定的。
当外力作用于晶体材料上时，这些因素相互作用，导致了电荷分离和极化的产生，从而形成了压电效应。
这一原理不仅在物理学领域具有重要意义，而且在压电材料的应用中也发挥着重要作用。
在实际应用中，压电效应被广泛应用于压电传感器、压电换能器、压电陶瓷等领域。
通过合理利用压电效应的原理，可以实现机械能到电能的高效转化，为现代科学技术的发展提供了重要支持。
因此，深入理解压电效应的原理对于推动压电材料的研究和应用具有重要意义。
总之，压电效应作为一种重要的物理效应，其原理涉及到晶体结构、电荷分布的变化和对称性等多方面因素。
通过对压电效应原理的深入理解，可以为压电材料的研究和应用提供重要的理论支持，推动相关领域的发展。
压电效应
如果按一定方向对水晶晶体上切下的薄片施加压力，那么在此薄片上将会产生电荷。如果按相反方向拉伸这一薄片，在此薄片上也会出现电荷，不过符号相反。挤压或拉伸的力愈大，晶体上的电荷也会愈多。如果在薄片的两端镀上电极，并通以交流电，那么薄片将会作周期性的伸长或缩短，即开始振动。这种逆压电效应在科学技术中已得到了广泛的应用。用水晶可以制作压电石英薄片，其面积不过数平方毫米，厚度则只有零点几毫米。别小看这小小的晶片，它在无线电技术中却发挥着巨大作用。如前所述，在交变电场中，这种薄片的振动频率丝毫不变。这种稳定不变的振动正是无线电技术中控制频率所必须的，你家中的彩色电视机等许多电器设备中都有用压电晶片制作的滤波器，保证了图像和声音的清晰度。你手上戴的石英电子表中有一个核心部件叫石英振子。就是这个关键部件保证了石英表比其他机械表更高的走时准确度。
4.压电晶体有一定抗压强度，但是经不起1000KN的力，如果真的这么做，1000KN的力，压电晶体必定粉碎。发电量不随压力增大而增强，达到一定物理极限不会增加。汽车自身的重力发电好像不可能
5.由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。
装有压电晶体元件的仪器使技术人员研究蒸汽机、内燃机及各种化工设备中压力的变化成为现实。利用压电晶体甚至可以测量管道中流体的压力、大炮炮筒在发射炮弹时承受的压力以及炸弹爆炸时的瞬时压力等。
压电晶体还广泛应用于声音的再现、记录和传送。安装在麦克风上的压电晶片会把声音的振动转变为电流的变化。声波一碰到压电薄片，就会使薄片两端电极上产生电荷，其大小和符号随着声音的变化而变化。这种压电晶片上电荷的变化，再通过电子装置，可以通过安放在收音机喇叭上的压电晶体薄片的振动，又变成声音回荡在空中。是不是可以这样说，麦克风中的压电晶片能“听得见”声音，而扬声器上的压电晶体薄片则会“说话”或“唱歌”。
压电效应及压电材
p117页图6-10所示，当作用于压电元件的力为静态力（ω=0）时， 前置放大器的输出电压等于零， 因为电荷会通过放大器输入电阻和传感器本身漏电阻漏掉， 所以压电传感器不能用于静态力的测量。
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时，前置放大器的输出电压随频率变化不大。
01
即说明压电传感器的高频响应比较好，所以用于高频交变力的测量。
主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座及外壳等组成。整个部件装在外壳内，并由螺栓加以固定。
01
02
BS-D2压电式传感器是专门用于检测玻璃破碎的一种传感器， 它利用压电元件对振动敏感的特性来感知玻璃受撞击和破碎时产生的振动波。传感器把振动波转换成电压输出，输出电压经放大、滤波、比较等处理后提供给报警系统。
Y
+
+
+
-
-
-
X
P1
P2
P3
当晶体受到沿X方向的压力（FX<0）作用时，晶体沿X方向将产生收缩，正、负离子相对位置随之发生变化，此时正、负电荷中心不再重合，电偶极矩在X方向的分量为： (P1+P2+P3)X>0
（P1+P2+P3）Y=0 （P1+P2+P3）Z=0
+
+
+
+
－
－
－
－
X
Y
+
+
+
-
-
-
BS-D2压电式玻璃破碎传感器的外形及内部电路如图所示。传感器的最小输出电压为100 mV，最大输出电压为100V， 内阻抗为15~20 kΩ。
三、压电式玻璃破碎报警器
使用时传感器用胶粘贴在玻璃上，然后通过电缆和报警电路相连。为了提高报警器的灵敏度，信号经放大后，需经带通滤波器进行滤波，要求它对选定的频谱通带的衰减要小，而频带外衰减要尽量大。由于玻璃振动的波长在音频和超声波的范围内， 这就使滤波器成为电路中的关键。只有当传感器输出信号高于设定的阈值时，才会输出报警信号，驱动报警执行机构工作。玻璃破碎报警器可广泛用于文物保管、贵重商品保管及其它商品柜台保管等场合。
压电效应产生的原理
压电效应产生的原理“哇，这是什么声音？”我好奇地问妈妈。
妈妈笑着说：“这是打火机点火的声音呀。
你知道吗，这里面就有压电效应呢。
”啥是压电效应呢？嘿，我决定好好研究研究。
咱先说说压电效应产生的原理结构吧。
这里面有个关键的东西叫压电材料。
这压电材料就像一个神奇的小魔法师。
它能在受到压力的时候产生电，也能在有电的时候变形。
就好比一个会变魔法的弹簧，你压它一下，它就变出电来；你给它电，它就动一动。
这可太神奇啦！那压电效应的主要技术和工作原理是啥呢？其实啊，就是当你给压电材料施加压力的时候，它里面的原子啊啥的就会发生变化，然后就产生了电。
就像我们玩弹弓，把皮筋拉紧再松开，就会把石头弹出去。
压电材料被压的时候，就像拉紧的皮筋，然后就把电给“弹”出来啦。
反过来呢，如果你给压电材料通上电，它也会像被施了魔法一样变形。
这就跟小机器人听了指令会动起来一样。
压电效应在我们生活中的应用可多啦。
有一次，我和爸爸妈妈去野营。
晚上，我们点起了篝火。
爸爸拿出一个打火机，“啪”的一声，火苗就窜出来了。
我好奇地问：“爸爸，打火机是怎么打出火的呀？”爸爸笑着说：“这里面就有压电效应哦。
打火机里面有一个小装置，当你按下按钮的时候，就会给压电材料施加压力，然后就产生了电，这个电就能把火点着啦。
”哇，原来压电效应就在我们身边呀！压电效应还能用在很多其他地方呢。
比如有些音乐贺卡，一打开就会唱歌。
这里面也有压电材料，它能把电变成声音。
还有一些血压计，也是利用压电效应来测量血压的。
压电效应真的好神奇呀！它就像一个小小的魔法棒，给我们的生活带来了很多便利。
我觉得我们应该好好学习科学知识，以后说不定还能发现更多像压电效应这样神奇的现象呢！。
压电效应的能量转换
压电效应的能量转换
压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷分离
的现象。
当施加压力或变形时，晶体内部的正负电荷会发生移动，从而形成电势差，进而产生电流。
这种将机械能转化为电能的过程就是压电效应的能量转换。
具体来说，压电材料在受到外力作用时，晶格结构会发生微小的变形，导致晶体内部的正负电荷中心发生位移。
由于电荷中心的不对称性，会产生一个电场，这个电场会导致电荷在晶体内部移动，从而形成了电流。
因此，通过压电效应，我们可以将机械能转化为电能。
压电效应在实际应用中有很多用途，如压电传感器、压电陶瓷马达、压电发电等。
其中，压电传感器可以将外界的压力、力或形变转化为电信号，用于测量和检测；压电陶瓷马达则可以利用压电效应产生的电场使陶瓷产生振动，用于实现精密定位和运动控制；而压电发电则是利用压电效应将机械能转化为电能，用于供电或储存能量。
总的来说，压电效应通过将机械能转化为电能，具有广泛的应用领域和潜力。
压电效应
压电材料的应用领域可以粗略分为两大类：即振动能和超声振动能-电能换能器应用，包括电声换能器，水声 换能器和超声换能器等，以及其它传感器和驱动器应用。
1、换能器
换能器是将机械振动转变为电信号或在电场驱动下产生机械振动的器件
压电聚合物电声器件利用了聚合物的横向压电效应，而换能器设计则利用了聚合物压电双晶片或压电单晶片 在外电场驱动下的弯曲振动，利用上述原理可生产电声器件如麦克风、立体声耳机和高频扬声器。目前对压电聚 合物电声器件的研究主要集中在利用压电聚合物的特点，研制运用其它现行技术难以实现的、而且具有特殊电声 功能的器件，如抗噪声、宽带超声信号发射系统等。
下面我们利用压电陶瓷测试压电效应和逆压电效应。
常用的压电陶瓷是由锆钛酸铅（PZT）材料做成的。将PZT材料做成的压电陶瓷片粘在圆形黄铜片上就构成了 压电陶瓷元件。它具有明显的压电效应。
首先，将压电陶瓷片A的两根引线通过一个按钮开关与信号发生器相联。将压电陶瓷片B的两根引线与扩音器 （带喇叭）的输入端相连。将A、B两个压电陶瓷片用黑封泥固定在同一个木板制成的箱子上。
的发现
1880年皮埃尔·居里和雅克·居里兄弟发现电气石具有压电效应。1881年，他们通过实验验证了逆压电效应， 并得出了正逆压电常数。1984年，德国物理学家沃德马·沃伊特（德语：Woldemar Voigt），推论出只有无对 称中心的20中点群的晶体才可能具有压电效应。
应用现状
应用
现状
新领域
压电效应
正压电效应、逆压电效应
01 定义
03 分类 05 应用现状
目录
02 原理 04 的发现 06 历史应用
07 打火机
09 压电高分子 011 0 压电陶瓷
压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个 相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作 用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变 形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称 为压电传感器。
chapter4压电效应
P (2) 1
T2
即：P1(2) d12T2
式中，P(2)1为晶片只受到y方向旳应力T2作用时， 在x方向产生旳极化强度分量，百分比系数d12称 为压电常数。
试验中还发觉当T1=T2时，存在P(2)1= -P(1)1， 由此可得 d11= -d12，即石英晶体旳压电常数d12 旳大小等于压电常数d11旳负值。
—石英晶体旳最大特点是： 性能稳定，频率温度系数低(可做到频率温度系数接近于零)， 在通讯技术中有广泛地应用。
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硅原子和氧原子在z平面上旳投影位置，以及因为 在x方向上受到压力或张力作用时，产生正压电效 应旳示意图 α－石英晶体(SiO2) 能产生压电效应，是与石英晶体 内部构造分不开旳。 构成α—石英晶体旳硅离子Si4+与氧离子O2-在垂直于 晶体z轴旳xy平面(或称为z平面)上旳投影位置。
5
1. 压电效应旳概念
可分为正压电效应和逆压电效应
某些介电体在机械力作用下发生 形变，使介电体内部正负电荷中 心相对位移而发生极化，以致晶 体两端表面出现符号相反旳束缚 电荷，其电荷密度与应力成正比。 这种由“压力”产生“电”旳现 象——称为正压电效应。
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假如将具有压电效应旳介电体 (压电晶体)置于外电场中，电 场作用使介电晶体内部正负电
具有对称中心旳晶体是非压电晶体。 假如具有对称中心旳晶体在某一方向
上存在电偶极矩，则根据对称中心旳 对称要求，也肯定存在大小相等、方 向相反旳电偶极矩。 如图，这些一对对大小相等、方向相 反旳电偶极矩彼此抵消，对总极化无 贡献。
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晶体旳任何形变也不能变化这个中心对称性质。所 以，凡具有对称中心旳晶体，肯定是非压电晶体。
同理，当晶体在x方向受到张力F作用时，晶体在x方向被拉
压电效应的概念
压电效应的概念
压电效应是指把有机物料，如压电陶瓷、陶瓷多孔材料、金属-
氧化物薄膜以及其他介电基础材料施加外力（如设置电场、磁场、压力及温度等）后，使之产生电位的物理现象，叫做压电效应。
压电效应是电物理学最重要的分支之一，在众多应用方面也发挥着重要作用。
压电效应有两种形式，即直接压电效应和间接压电效应。
直接压电效应是指在某种外力施加时，材料本身就发生电位变化，无需任何特殊条件，例如在电容周边设置有阻抗，而间接压电效应则是基于电容介质，需要特定的条件才能发挥作用。
压电效应的基本原理是以弹性常数作为电容的施加外力，压力的弹性性质，可以产生某种形式的电位变化，即压电效应。
由于在施加外力时，材料中电荷分布发生变化，从而产生电位差。
此外，压电效应还与介电结构有关，其变化程度更直接受到介电结构的影响。
压电效应在工程应用中的重要性是毋庸置疑的，在微机电系统中的空间位置控制、机械振动控制、模式识别等等方面，都有广泛的应用。
与其他许多传感器器件相比，压电传感器的应用有很多优势，例如无需太多电路、无线配合等，也非常耐用可靠。
无论是静态还是动态的检测，都可以实现高精度和高灵敏度的数据采集。
此外，压电效应还可以用来监控工程物件的温度、应力和压力等参数，由此可以提高工程系统的安全性，以及整体的可靠性。
除此之外，压电效应还在超声波测量中发挥着重要作用，用于测量物体的位置和尺寸，广泛应用在测距仪、探测仪和运动控制等领域。
总之，压电效应在微电子、力学测量、机械控制等多个领域都发挥着重要作用。
在对压电效应进行研究时，需要考虑材料的结构、性能、介电行为以及其他影响因素，以便将其应用在实际工程中，以取得更好的控制效果。
固体物理学中的压电效应与压电材料
固体物理学中的压电效应与压电材料固体物理学是研究物质的物理性质和行为的学科。
在固体物理学中，压电效应和压电材料是研究的重要方向。
本文将介绍压电效应的基本原理、压电材料的分类及其应用。
一、压电效应的基本原理压电效应是指某些固体材料在受到外力作用时会发生电荷分布的不均匀，从而产生电势差和电荷偏移的现象。
这种效应是由于压力改变了晶体中离子的位置，从而改变了晶体中的电偶极矩。
压电效应可以分为直接压电效应和逆压电效应。
直接压电效应是指施加压力后，固体材料的表面会产生正负电荷，形成电势差和电荷分布不均的现象。
逆压电效应是指当外电场作用于压电材料时，产生机械应变。
二、压电材料的分类根据压电效应的不同类型，压电材料可以分为四类：单晶压电材料、陶瓷压电材料、聚合物压电材料和复合压电材料。
1. 单晶压电材料：单晶压电材料指的是具有压电效应的单晶体材料，如石英、硼酸铋锂晶体等。
单晶压电材料具有较高的压电系数和较宽的工作温度范围，但制备难度较大且成本较高。
2. 陶瓷压电材料：陶瓷压电材料是指通过特殊的工艺处理和烧制得到的压电材料，如铅锆钛酸钡陶瓷、钛酸铅陶瓷等。
陶瓷压电材料具有较高的压电系数和较低的介电常数，广泛应用于传感器、声波装置等领域。
3. 聚合物压电材料：聚合物压电材料是使用聚合物作为基质，并添加压电添加剂制得的材料，如聚偏二氟乙烯（PVDF）。
聚合物压电材料制备简单、成本较低且具有较高的柔韧性，适用于柔性传感器、生物医学领域等。
4. 复合压电材料：复合压电材料是将不同类型压电材料进行复合，以获得更好的性能。
常见的复合材料有陶瓷/陶瓷、陶瓷/聚合物等。
复合压电材料兼具各种压电材料的优点，能够在不同应用场景中发挥更好的性能。
三、压电材料的应用压电材料具有广泛的应用领域。
以下是几个常见的应用领域：1. 传感器技术：由于压电材料能够将机械能转化为电能，因此在传感器技术中得到广泛应用。
例如，压电传感器能够将压力、力量等机械信号转化为电信号，用于测量压力、流量等参数。
压阻效应和压电效应
压阻效应和压电效应
压阻效应和压电效应都是材料在受到外力作用下发生的电性变化，但在物理机制和应用方面有所不同。
1. 压阻效应
压阻效应指材料在受到外力压缩或拉伸时，其电阻率随之发生变化的现象。
这种变化是由于材料在受到压力或拉伸时晶格结构发生畸变而导致电阻率的改变。
压阻效应最早发现于1880年，是一种比较早的物理效应。
应用方面，压阻效应可以用于制作感应式传感器、压力传感器、加速度传感器、智能材料等。
其中，压力传感器是最常见的应用，常用于测量压力、重量和力的大小。
2. 压电效应
压电效应指材料在受到外力压缩或拉伸时，产生电荷或电势差的现象。
这种效应是由于材料的晶体结构不均匀和极性分布不均匀导致的。
当外力作用于材料时，晶体结构会发生畸变，而材料的极性分布也会发生改变，从而产生电荷和电势差。
应用方面，压电效应可以用于制作压电陶瓷传感器、换能器、声波发生器、振动器等。
其中，压电陶瓷传感器常用于测量温度、压力、加速度和振动等。
压电换
能器则可以将电信号转化为机械振动或将机械振动转化为电信号。