压电效应是19世纪末法国科学家居里兄弟发现的。当时，谈论发现的现象的实际应用还为时过早，但目前，压电元件在技术和日常生活中都得到了广泛的应用。
压电效应的本质
著名物理学家已经确定，当某些晶体（水晶、电气石等）变形时，它们的表面会产生电荷。同时，电位差很小，但被当时存在的装置自信地固定，并通过使用导体连接具有相反极性电荷的部分，可以获得 电.该现象仅在压缩或拉伸时在动力学中固定。静态模式下的变形不会引起压电效应。
很快，相反的效果在理论上得到了证明，并在实践中被发现——当施加电压时，晶体会变形。事实证明，这两种现象是相互关联的——如果一种物质表现出直接的压电效应，那么相反的情况也是它所固有的，反之亦然。
在具有足够不对称性的各向异性型晶格（其物理性质因方向而异）以及一些多晶结构的物质中观察到这种现象。
在任何固体中，所施加的外力都会引起变形和机械应力，而在具有压电效应的物质中，它们也会引起电荷的极化，而极化取决于所施加力的方向。当改变曝光方向时，极化方向和电荷极性都会改变。极化对机械应力的依赖性是线性的，用表达式 P=dt 来描述，其中 t 是机械应力，d 是称为压电模块（piezoelectric module）的系数。
反向压电效应也会出现类似的现象。当外加电场方向改变时，变形方向也随之改变。这里的相关性也是线性的：r=dE，其中 E 是电场强度，r 是应变。所有物质的正压电效应和逆压电效应的系数 d 相同。
事实上，上述等式只是估计。实际的依赖性要复杂得多，并且还取决于力相对于晶轴的方向。
具有压电效应的物质
第一次在水晶（石英）中发现了压电效应。时至今日，这种材料在压电元件的生产中非常普遍，但生产中不仅使用天然材料。
许多压电体由具有 ABO 公式的物质制成。3, 例如 BaTiO3, РbТiO3.这些材料具有多晶（由许多晶体组成）结构，为了使它们能够表现出压电效应，它们必须使用外部电场进行极化。
有一些技术可以得到薄膜压电体（聚偏二氟乙烯等）。为了赋予它们必要的特性，它们还需要在电场中长时间极化。这种材料的优点是厚度非常小。
具有压电效应的物质的性质和特性
由于极化只发生在弹性变形过程中，压电材料的一个重要特性是它能够在外力的作用下改变形状。这种能力的值由弹性柔量（或弹性刚度）决定。
具有压电效应的晶体具有很高的弹性——当力（或外部应力）被移除时，它们会恢复到原来的形状。
压电晶体也有自己的机械共振频率。如果让晶体在这个频率下振动，幅度会特别大。
由于压电效应不仅体现在整个晶体上，还体现在在一定条件下切割的薄片上，根据切割的几何尺寸和方向，可以获得不同频率共振的压电物质片。
此外，压电材料的振动特性以机械品质因数为特征。它显示了共振频率下的振荡幅度随着相同的施加力增加了多少倍。
压电体的特性明显依赖于温度，在使用晶体时必须考虑到这一点。这种依赖性的特征在于系数：
- 谐振频率的温度系数显示了当晶体被加热/冷却时谐振消失了多少；
- 温度膨胀系数决定了压电板的线性尺寸随温度变化的程度。
在一定温度下，压电晶体会失去其特性。这个极限称为居里温度。此限制因每种材料而异。例如，石英为 +573 °C。
压电效应的实际应用
压电元件最著名的应用是作为点火元件。压电效应用于袖珍打火机或燃气灶的厨房点火器。当晶体受压时，会产生电位差，并在气隙中出现火花。
压电元件的这个应用领域并没有穷尽。具有类似效果的晶体可以用作应变仪，但是这个使用领域受限于压电效应的特性，只能出现在动力学中——如果变化停止，信号就会停止产生。
压电晶体可用作麦克风 - 当暴露于声波时，会形成电信号。反向压电效应还允许（有时同时）使用这些元件作为声音发射器。当向晶体施加电信号时，压电元件将开始产生声波。
这种发射器广泛用于产生超声波，特别是在医疗技术中。在 这个 也可以使用板的共振特性。它可以用作只选择自然频率波的声学滤波器。另一种选择是在声音发生器（警报器、检测器等）中同时使用压电元件作为频率设置和发声元件。在这种情况下，声音将始终以共振频率产生，并且可以以很少的能量消耗获得最大音量。
谐振特性用于稳定在射频范围内运行的发电机的频率。石英片在调频电路中起到高度稳定、高质量的振荡电路的作用。
仍然有一些很棒的项目可以在工业规模上将弹性变形的能量转化为电能。例如，您可以使用在行人或汽车重力影响下的路面变形来照亮轨道的部分区域。您可以利用飞机机翼的变形能量来提供飞机网络。这种使用受到压电元件效率不足的限制，但已经建立了试点工厂，并且已经显示出进一步改进的希望。
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