Efectul piezoelectric

Piezoelectric Efect
Experimental
Piezoelectricitatea este abilitatea anumitor materiale pentru a produce o tensiune atunci când este supus la solicitări mecanice. Materiale piezoelectrice arată, de asemenea efectul opus, numit piezoelectricitate invers, în cazul în care aplicarea unui câmp electric creează stres mecanic (modificare dimensiune) in cristal.
 

Figura 1 efect piezoelectric

Efectul cunoscut sub numele de piezoelectricitate a fost descoperit de către frații Pierre și Jacques Curie; acestea au aratat ca cristale de turmalina, cuarț, topaz, trestie de zahăr, și sare Rochelle (tartrat de sodiu și potasiu tetra hidrat) generează sarcină electrică de stres mecanic. Cuarț și sare Rochelle expuse mai piezoelectricitate.
Clasa de materiale piezoelectrice a fost extinsă, când a observat că multe alte materiale prezintă efectul, cum ar fi berlinite (AlPO4) și galiu ortofosfat (GaPO4), ceramică, cu perovskit sau structuri tungsten-bronz (BaTiO3, KNbO3, LiNbO3, LiTaO3, BiFeO3, NaxWO3, Ba2NaNb5O5, Pb2KNb5O15). Mai târziu, sa observat că materiale polimerice, cum ar fi din cauciuc, lână, păr, fibre de lemn, și prezintă mătase piezoelectricitate-o anumită măsură. Fluorura polyvinlidene polimer, (-CH2-CF2-) n, prezintă piezoelectricitate câteva ori mai mare decât cuarțul

Fundal și explicație reală

Într-un material piezoelectric, sarcinile electrice pozitive și negative sunt separate, ci distribuite simetric, astfel încât cristalul general este neutru electric. Când se aplică o presiune, acest simetrie este distrus, iar asimetria încărcare generează o tensiune.
De fapt invers, atunci când este aplicată o tensiune externă, pe un astfel de cristal, deoarece taxele interiorul cristal sunt separate, tensiunea aplicată afectează diferite puncte situate cristalul diferit, rezultând în distorsiuni și dimensiunea modificărilor.
Efectul a fost studiată de către frații Curie înainte de 1900, folosind un electrometru cadran și un cristal piezoelectric supus unei forțe externe.
Acesta a fost considerat o curiozitate când a fost descoperit, dar în timp, efectul a câștigat o mulțime de aplicații.
Cu excepția unei clasificare ulterior a substanțelor piezoelectrice în funcție de tipul sau de cristal simetria, nu progrese semnificative s-au înregistrat într-un tratament cuantum de acest subiect. Cuantumul teoreticieni mecanice sunt în măsură să aplice ideea cuantic la o mulțime de fenomene cosmice, dar nici unul nu a fost capabil să-l aplice la efect piezoelectric. Cărți celebre fizicii sau chimiei fizice omite complet acest subiect. Poate că în loc de tăierea frunzelor la câini, unii teoreticieni va da un tratament complet cuantum de acest efect simplu. Textul următor va prezenta unele idei importante pentru teoreticieni actuale și pentru un viitor tratament teoretic cuantic.

De ce explicația reală este absurd

În explicația ortodox actual, nu este clar ce înseamnă o separare taxa într-un cristal, iar în cazul în care este generat această taxă.
În orice material (piezoelectrice sau nu), electronii sunt legați la nucleu cu forțele electrice puternice. Pentru a elimina un electron dintr-un atom, este necesar să se dea la un atom specific de energie mai mare decât energia de ionizare. Considerând un cristal de cuarț, care este pur și simplu o varietate de dioxid de siliciu, pentru a produce o separare taxa este necesar să se dea o energie de ionizare mare decât 13,6 eV pentru un atom de oxigen sau mai mare 8,15 eV pentru un atom de siliciu .
Un ușor de urmat matematica (întreaga demonstrație în carte), va arăta că presiunea externă exercitată pe fețele de cristal de cuarț nu produce ionizarea materialului cuarț.
Fizicienii actuale nu sunt în măsură să explice cum este posibil să se furnizeze o energie mai mic ca energia de ionizare a unui cristal de cuarț, și pentru a obține o separare taxa. Poate în același timp, procesul de ionizare se produce ca urmare a efectului de tunel cuantic?
Să analizăm în detaliu acest lucru posibil apariție taxă și mișcarea sa. Considerând un cub realizat dintr-un material piezoelectric, două forțe egale acționa asupra x dimensiune ca și în fig. 2

Figura generație 2 Încărcați în cristal piezoelectric

În materialul piezoelectric sunt gândit un număr mic de taxe compensate (pozitive și negative). Ca urmare a forței externe, fizica ortodocși reale presupune o separare taxa, dar ... ce fel de taxa si unde sunt ele apar?
Face tarifele apar numai la suprafața materialului comprimat sau apar în întreaga volum?
Deoarece atomii sunt neutre înainte de stres mecanic, trebuie să se presupune că apare sub acțiunea forței un număr egal de sarcină pozitivă și sarcini negative. În același timp, este un concept bun simț să admită imobilitatea nucleu, și mobilitatea electronilor.
Să presupunem pentru primul caz, taxele apar doar la suprafața materialului piezoelectric ca în fig.3. În acest caz, pe ambele părți ale materialului un număr egal de sarcini negative sunt disponibile pentru conducere. Un voltmetru conectat între aceste fete ar trebui să înregistreze o diferență de nul de potențial. Acest lucru se datorează faptului că nu există nici o sarcină electrică se deplasează în circuitul extern. Dacă o taxă ,, "este produsă la suprafața cristalului, potențialul ambelor suprafețe modifice simultan și nici o diferență potențială apară. Rezultatul este în contradicție cu experimentul.
 
Figura 3 Case din suprafața generație taxa

Poate teoreticieni actuale sunt în măsură să demonstreze că nuclei pozitivi călătoresc în jurul circuit?
O a doua posibilitate privește generarea de taxe în întregul volum de material piezoelectric ca în fig. 4. Aceasta este o idee mai realistă de cristale în ceea micsoreaza sub forțe externe și din cauza distanțelor dintre modificările atomi, este normal să presupunem că tarifele sunt generate în întreaga volum de cristal.
 
Figura 4. Cazul generație taxa volum

Cu o astfel de distribuție, un electron generat undeva în interiorul materialului piezoelectric, cu o energie mai mare decât energia de ionizare, va părăsi nucleul și .... vor fi atrași în curând de un alt nucleu. Există o probabilitate egală pentru electroni pentru a ajunge la o față de cristal; din nou nu diferențială potențial ar trebui să apară pe suprafața de cristal.

Desigur, există o posibilitate de electroni generate să se grupeze și să călătorească în una din suprafața de cristal, dar în acest caz teoreticieni actuale ar trebui să prevadă un mecanism capabil să producă un grup de electroni într-o regiune de material piezoelectric. Pentru o minte bun-simț, este complet absurd să credem că o astfel de distribuție de încărcare permite o grupare de sarcină pozitivă într-o regiune spațială și sarcină negativă într-o altă regiune.
În teorie propusă, nu există niciun motiv pentru o separare taxă pe o suprafață de cristal și, de fapt, în realitate, nu există fenomene, cum ar fi urmare a unei acțiuni forță mecanică.

O altă problemă este legată de: modul în care efectul piezoelectric se potriveste cu ipoteza cuantică?
Similar cu un alt efect fizic bine cunoscut (efect fotoelectric), în cazul în care ipoteza cuantică este valabil, diferența de potențial trebuie să apară numai atunci când presiunea care acționează asupra cristal depaseste o anumita limita. Acest lucru lucru se întâmplă în realitate? Este bine cunoscut din timpul experimentelor Curie că generat potențial este legat de presiunea aplicată, fără o presiune prag de potențial generat. În carte, experimentele sunt repetate și descrise în detaliu, și a fost observat nici o presiune prag de potențial apariție piezoelectric. Prin urmare, o ,, minte comun "explicație a efectului piezoelectric va exclude nici ipoteza cuantică și un proces de ionizare în cristal de cuarț. Nu există nici un electron scos din siliciu sau un atom de oxigen.

Pyroelectricity este închis legate de piezoelectricty, și exprimă capacitatea anumitor materiale de a genera ,, sarcini electrice ", atunci când este încălzit. Aceeași discuție făcute pentru un efect piezoelectric este valabil pentru pyroelectricity. Este absurd să credem că o temperatură de 200 C este capabil să producă ionizare sau o deplasare taxă într-un material. Întreaga discuție este prezentată în carte.