155376 Katarzyna Maczyta Laboratorium Fizyki Ciała Stałego Wtorek, 10.03.2009

158231 Krzysztof Cuprych

162948 Bartłomiej Podlasiński

Zjawisko piezoelektryczne

Zjawisko piezoelektryczne lub efekt piezoelektryczny to zjawisko fizyczne polegające na powstawaniu na przeciwległych ścianach kryształów ładunków elektrycznych przeciwnego znaku w wyniku deformacji kryształu. Jest to zjawisko piezoelektryczne proste. Natomiast odwrotne zjawisko piezoelektryczne polega na deformacji piezoelektryka pod wpływem pola elektrycznego:

η = dE 

gdzie:

η – deformacja względna

d – moduł piezoelektryczny

E – natężenie pola elektrycznego

Deformacja względna jest to stosunek zmiany rozmiaru ciała do rozmiaru początkowego, np. przyrostu długości do długości początkowej. Deformacja względna jest wielkością niemianowaną.

Piezoelektryczność występuje w tych kryształach, które nie mają swojego środka symetrii, np. w kryształach kwarcu. Materiały takie nazywane są piezoelektrykami.

Piezoelektryki wykorzystywane są w różnych dziedzinach nauki i techniki. Najbardziej popularne to zastosowania to:

• tzw. wkładka gramofonowa w popularnych gramofonach z lat 1950-1990 gdzie drgania igły gramofonowej przenoszone na kryształy piezoelektryka powodują powstanie dość dużych napięć (rzędu nawet 1,5V) i uzyskanie sygnału mono- lub stereofonicznego (wkładka zawiera dwa prostopadłe kryształy)

• w zapalarkach do gazu, zapalniczkach - uderzenie ciężarka rozpędzonego przez napiętą sprężynę a następnie zwolnioną przez zapadkę powoduje powstanie potencjału od kilku do kilkunastu kV i przeskok iskry elektryczne.

• sterowanie pomiarem w tzw. mikroskopach STM czy AFM (ogólnie SPM).

• precyzyjne wagi analityczne a także wagi domowe

Metoda statyczna badania odwrotnego zjawiska piezoelektrycznego:

Przed przystąpieniem do pomiarów należało wykonać kalibrację przyrządu. Wykonaliśmy to poprzez cykliczne odkręcanie śruby mikrometrycznej do ustalonej wartości pojemności kondensatora. Następnie przystąpiliśmy do pomiarów. Mierzyliśmy zmieniającą się pojemność kondensatora wraz ze zmianą przyłożonego napięcia oraz kierunku polaryzacji. Wyniki prezentuje tabela poniżej:

U [V]	C [nF]	U [V]	C [nF]	U [V]	C [nF]	U [V]	C [nF]
0	0,195	300	0,225	0	0,186	-300	0,166
10	0,191	290	0,222	-10	0,187	-290	0,168
20	0,192	280	0,221	-20	0,188	-280	0,164
30	0,193	270	0,215	-30	0,189	-270	0,164
40	0,194	260	0,209	-40	0,19	-260	0,163
50	0,195	250	0,202	-50	0,191	-250	0,163
60	0,196	240	0,2	-60	0,193	-240	0,163
70	0,198	230	0,193	-70	0,195	-230	0,163
80	0,201	220	0,187	-80	0,197	-220	0,163
90	0,202	210	0,182	-90	0,2	-210	0,163
100	0,204	200	0,176	-100	0,202	-200	0,163
110	0,206	190	0,17	-110	0,206	-190	0,163
120	0,209	180	0,166	-120	0,209	-180	0,163
130	0,212	170	0,164	-130	0,213	-170	0,163
140	0,215	160	0,165	-140	0,217	-160	0,163
150	0,219	150	0,168	-150	0,222	-150	0,163
160	0,222	140	0,17	-160	0,228	-140	0,163
170	0,225	130	0,172	-170	0,234	-130	0,163
180	0,227	120	0,174	-180	0,238	-120	0,163
190	0,22	110	0,176	-190	0,244	-110	0,163
200	0,212	100	0,177	-200	0,249	-100	0,163
210	0,198	90	0,178	-210	0,243	-90	0,163
220	0,17	80	0,18	-220	0,202	-80	0,163
230	0,186	70	0,181	-230	0,183	-70	0,163
240	0,198	60	0,182	-240	0,174	-60	0,163
250	0,2	50	0,184	-250	0,166	-50	0,163
260	0,207	40	0,185	-260	0,166	-40	0,163
270	0,21	30	0,186	-270	0,164	-30	0,163
280	0,216	20	0,186	-280	0,164	-20	0,163
290	0,219	10	0,186	-290	0,164	-10	0,163
300	0,225	0	0,186	-300	0,166	0	0,163

Wyniki to pokazują nieliniową zależność pojemności elektrycznej od napięcia elektrycznego dla polaryzacji dodatniej i ujemne.