Zjawisko piezoelektryczne

Zjawisko to występuje w kryształach mających osie biegunowe. Typowy jest kwarc, występujący w dwóch odmianach: prawo- i lewoskrętnej (kwarc a - trwały w temperaturze poniżej 573 0C, w temperaturze powyżej przechodzi w odmianę b - i nie wykazuje zjawiska piezoelektrycznego).
Kwarc ma zdolność skręcania płaszczyzny polaryzacji. Ta zdolność związana jest ze śrubowym ułożeniem komórek elementarnych sieci krystalicznej kwarcu. Każda jej komórka elementarna ma trzy biegunowe osie (rys.) wykazyjące trwałe momenty dipolowe, jednak wypadkowy moment kryształu jest rózny zero, ze względu na symetrię rozłożenia osi biegunowych.

Struktura kwarcu

Jeżeli kryształ poddamy ciśnieniu lub ciągnieniu w kierunku jednej ze wspomnianych osi (rys.), symetria zostaje naruszona i kryształ uzyskuje wypadkowy moment elektryczny w kierunku tej wyróżnionej osi. Moment ten jest proporcjonalny do ciśnienia. Występują również momenty w jednym z kierunków prostopadłych do wyróżnionej osi, jednak są one znacznie mniejsze. Kwarc wycięty prostopadle do osi polarnej nazywa się piezokwarcem.

Kwarc po ściśnięciu


Odwrotnie, jeśli umieścimy piezokwarc w polu elektrostatycznym, to doznaje on odkształcenia w kierunku pola. Jest ono proporcjonalne do wielkości natężenia pola E i zmienia znak przy zmianie znaku E.
Odkszałcenia te znalazły ważne zastosowanie w technice fal ultradźwiękowych. Fale takie są wytwarzane poprzez drgania piezokwarcu w takt drgań pola elektrycznego o odpowiedniej częstotliwości.

Źródło: Encyklopedia Fizyki, PWN, Warszawa 1973