Пьезоэлектричество

Создание электрического напряжения пьезоэлектриком. Амплитуда колебаний диска сильно преувеличена для наглядности.Напряжение, измеряемое вольтметром, на самом деле будет производной от изменения геометрии пьезоэлектрика. Максимальная амплитуда напряжения, снимаемого с пьезоэлемента, будет примерно в половине периода сжатия пьезоэлемента. Если пьезоэлемент сжимается так, как нарисовано на рисунке, за 1 секунду, то максимум амплитуды напряжения будет примерно в момент времени 0.5-0.7 секунды. Когда элемент сжат, то производная от силы, сжимающей элемент, будет равна нулю, и напряжение на концах пьезоэлемента будет равно нулю. То есть, частота колебания стрелки должна быть в 2 раза больше, чем на рисунке. После сжатия, при растяжении, с пьезоэлемента будет сниматься обратное по полярности напряжение. Вольтметр должен зашкалить в минусовую сторону.

Пьезоэлектричество — способность вещества при изменении формы продуцировать электрическую силу. Пьезоэлектрики — кристаллы, обладающие свойством при сжатии продуцировать электрический заряд (прямой пьезоэффект) и обратным свойством под действием электрического напряжения изменять форму: сжиматься/расширяться, скручиваться, сгибаться (обратный пьезоэффект). Пьезоэлектричество открыто братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880—1881 гг.

Актуаторы (двигатели) — конвертируют электрическую энергию в механическую.

Сенсоры (датчики, генераторы), наоборот, конвертируют механическую энергию в электрическую.

Существуют однослойные, двухслойные и многослойные пьезокристаллы.

Однослойные — под воздействием электричества изменяются в ширину, длину и толщину. Если их растянуть или сжать, они генерируют электричество.

Двуслойные — могут быть использованы как однослойные, могут сгибаться или удлиняться. «Сгибатели» создают наибольшую величину перемещения относительно других видов, а «расширятели», будучи более упругими, развивают гораздо большее усилие при гораздо меньшем перемещении.

Многослойные — развивают наибольшую силу при минимальном перемещении (изменении формы).