什么是壓電效應(yīng)？

有些晶體，在受到一定方向的外力的作用發(fā)生變形時(shí)，使得內(nèi)部晶格間距產(chǎn)生變化，晶粒的正負(fù)電荷中心發(fā)生分離，形成極化現(xiàn)象，同時(shí)在受力的兩個(gè)表面上出現(xiàn)等量異向電荷。拉力產(chǎn)生的極化電荷與壓力產(chǎn)生的極化電荷相反。當(dāng)去掉外力時(shí)，它又會恢復(fù)到原來不帶電的狀態(tài)，這種把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象，稱之壓電效應(yīng)，又稱順壓電效應(yīng)或者正壓電效應(yīng)，另外，當(dāng)施加力的方向改變時(shí)，電荷的極性也會隨之而改變。電介質(zhì)受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。

什么是逆壓電效應(yīng)？

顧名思義，與正壓電效應(yīng)剛好相反，當(dāng)我們在晶體的極化方向上施加電場時(shí)，這些晶體中的晶格在電場力的作用下內(nèi)部會出現(xiàn)較強(qiáng)的內(nèi)應(yīng)力而發(fā)生變形，晶體在交變電場的作用下，其內(nèi)應(yīng)力和形變都會發(fā)生周期性的變化，從而產(chǎn)生機(jī)械振動。當(dāng)電場消失后，晶體的變形也會隨之消失，這種把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的現(xiàn)象稱之為逆壓電效應(yīng)，又稱電致天縮現(xiàn)象。

壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)

壓電效應(yīng)是在1880年由法國著名的物理學(xué)家皮埃爾·居里與雅克·保羅·居里發(fā)現(xiàn)的。剛開始,皮埃爾致力于焦電現(xiàn)象和晶體對稱性關(guān)系的研究,最后兄弟倆卻發(fā)現(xiàn),在某一類電介質(zhì)中施以壓力會有電性產(chǎn)生。他們系統(tǒng)的研究了施壓方向與電場強(qiáng)度之間的關(guān)系,以及預(yù)測某類電介質(zhì)具有壓電效應(yīng)。

壓電效應(yīng)的主要應(yīng)用

1）力敏感傳感器：可測的如力、壓力加速度等。2）振動沖擊傳感器：地震儀、機(jī)械、橋梁和建筑。3）超聲波傳感器：聲納系統(tǒng)。4）壓電麥克風(fēng)。5）點(diǎn)火裝置：打火機(jī)、煤氣灶點(diǎn)火器、炮彈引爆。

逆壓電效應(yīng)的主要應(yīng)用

1）超聲波加濕器。2）超聲波清洗機(jī)。3）壓電蜂鳴器。

具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷

如果對壓電陶瓷施加壓力，它便會產(chǎn)生電位差，稱之為正壓電效應(yīng)。反之施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，稱為逆壓電效應(yīng)。如果壓力是一種高頻震動，則產(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時(shí)，則產(chǎn)生高頻聲信號，也就是機(jī)械震動。這就是我們平常所說的超聲波信號。也就是說，壓電陶瓷具有機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換的功能。

利用壓電陶瓷測試壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)

常用的壓電陶瓷是由鋯鈦酸鉛（PZT）材料做成的。將PZT材料做成的壓電陶瓷片粘在圓形黃銅片上就構(gòu)成了壓電陶瓷元件。它具有明顯的壓電效應(yīng)。連接如下圖：

首先，將壓電陶瓷片A的兩根引線通過一個(gè)按鈕開關(guān)與信號發(fā)生器S相聯(lián)。將壓電陶瓷片B的兩根引線與擴(kuò)音器（帶喇叭）的輸入端相連。將A、B兩個(gè)壓電陶瓷片用黑封泥固定在同一個(gè)木板制成的箱子上。當(dāng)觀察者將按鈕開關(guān)按下，接通信號發(fā)生器和壓電陶瓷A時(shí)，由于逆壓電效應(yīng)，A開始振動，并把振動傳給木箱，木箱的振動傳給壓電陶瓷B，由于壓電效應(yīng)，使B兩邊產(chǎn)生變化電信號，再傳給擴(kuò)音器使喇叭發(fā)聲，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)演示了壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。