БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ПЬ) Страница 3

Пьезоэлектри'ческий громкоговори'тель, громкоговоритель, в котором в качестве преобразователя электрических колебаний (звуковых частот) в механические используют пьезоэлемент (см. Пьезоэлектричество). Наибольшее распространение получили П. г. с плоским (квадратным в плане) пьезоэлементом из сегнетовой соли. К свободному углу такого элемента приклеивается своей вершиной коническая диафрагма — излучатель звука. П. г., несмотря на низкое качество их звучания и малую надёжность пьезоэлементов, выпускались в СССР в годы Великой Отечественной войны 1941—45 и в первые послевоенные годы как наиболее дешёвые и простые в изготовлении.

Пьезоэлектрический датчик

Пьезоэлектри'ческий да'тчик, измерительный преобразователь механического усилия в электрический сигнал; его действие основано на использовании пьезоэлектрического эффекта (см. Пьезоэлектричество). Один из вариантов конструкции П. д. давления показан на рис. Под действием измеряемого давления на внешней и внутренней сторонах пары пластин пьезоэлектрика возникают электрические заряды, причём суммарная эдс (между выводом и корпусом) изменяется пропорционально давлению. П. д. целесообразно применять при измерении быстроменяющегося давления; если давление меняется медленно, то возрастает погрешность преобразования из-за «стекания» электрического заряда с пластин на корпус. Включением дополнительного конденсатора параллельно П. д. можно уменьшить погрешность измерения, однако при этом уменьшается напряжение на выводах датчика. Основные достоинства П. д. — их высокие динамические характеристики и способность воспринимать колебания давления с частотой от десятков гц до десятков Мгц. Применяются при тензометрических измерениях, в весовых и сортировочных (по весу) устройствах, при измерениях вибраций и деформаций и т.д.

Схема устройства пьезоэлектрического датчика давления: p — измеряемое давление; 1 — пьезопластины; 2 — гайка из диэлектрика; 3 — электрический вывод; 4 — корпус (служащий вторым выводом); 5 — изолятор; 6 — металлический электрод.

Пьезоэлектричество

Пьезоэлектри'чество (от греч. piézo — давлю и электричество), явления возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект) и возникновения механических деформаций под действием электрического поля (обратный пьезоэлектрический эффект). Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах — пьезоэлектриках. Первое подробное исследование пьезоэлектрических эффектов сделано в 1880 братьями Ж. и П. Кюри на кристалле кварца. В дальнейшем пьезоэлектрические свойства были обнаружены более чем у 1500 веществ, из которых широко используются сегнетова соль, титанат бария и др. (см. Пьезоэлектрические материалы).

  Пьезоэлектрические свойства кристаллов связаны с их структурой. Ими обладают все пироэлектрики (спонтанно поляризованные диэлектрики). При механической деформации пироэлектрика меняется величина его спонтанной поляризации, что и наблюдается как прямой пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектрические эффекты наблюдаются также в некоторых непироэлектриках (например, у кварца). Справедливо общее утверждение: кристаллы, обладающие центром симметрии, не могут быть пьезоэлектриками. Это объясняется тем, что при деформации кристалла центр симметрии сохраняется, а при наличии центра симметрии не может быть поляризации (рис. 1, 2). Наличие других элементов симметрии (оси, плоскости симметрии) может «запрещать» появление поляризации в определённых направлениях или при некоторых определённых деформациях (см. Симметрия кристаллов).

  Количественными характеристиками П. в данном кристалле является совокупность пьезоконстант и пьезомодулей — коэффициент пропорциональности между электрическими величинами (напряжённость электрического поля Е, поляризация P) и механическими величинами (механические напряжения s, относительные деформации u). Например, P = ds. Коэффициент d и есть одна из пьезоконстант. Т. к. произвольное механическое напряжение может быть представлено как совокупность 6 независимых напряжений, а вектор поляризации P имеет 3 независимых компоненты, то в общем случае может быть 18 разных пьезоконстант d. Однако симметрия кристалла ограничивает число независимых и отличных от нуля пьезоконстант. Величина d зависит от условий опыта, а именно: она имеет одно значение d, если заряд на обкладках конденсатора (рис. 3) поддерживать равным нулю, и другое значение d', если обкладки конденсатора закорочены, т. е. Е = 0. Поэтому соотношение P = ds целесообразно записывать, например, в виде: P = d's + cЕ. Величины d и d' связаны соотношением d’= de, где e — диэлектрическая проницаемость кристалла.

  Пьезоконстантами называются также коэффициенты r, g, h в соотношениях P = ru + c’Е, u = S's + hP, u = S's + hE и т.п. Все пьезоконстанты d, r, g, h связаны друг с другом, так что при описании пьезоэлектрических свойств кристалла можно ограничиться только одной, например d. Характерная величина пьезоконстанты d в системе СГСЭ составляет для кварца 3×10—8. Существенно больших величин могут достигать пьезоконстанты сегнетоэлектриков, что связано с их высокой диэлектрической проницаемостью и доменной структурой, которая может перестраиваться при деформации.

  Пьезоэлектрики широко применяют в технике, акустике, радиофизике и т.д. Их применение основано на преобразовании электрических сигналов в механические и наоборот. Пьезоэлектрики используются в резонаторах, входящих в состав генераторов (см. Кварцевый генератор), фильтров, различного рода преобразователей и датчиков.

  Лит.: Кэдп У., Пьезоэлектричество и его практическое применение, пер. с англ., М. , 1949; Мэзон У., Пьезоэлектрические кристаллы и их применение в ультраакустике, пер. с англ. , М., 1952; Берлинкур [и др.], Пьезоэлектрические и пьезомагнитные материалы и их применение в преобразователях, в кн.: Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 1, ч. А, М., 1966.

  А. П. Леванюк. Д. Г. Санников.

Рис. 2. а — плоская модель кристалла, обладающего центром симметрии; б — тот же кристалл, подвергнутый сжатию.

Рис. 1. а — плоская модель кристалла, не имеющего центра симметрии; центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают, стрелки изображают отдельные электрические дипольные моменты одной группы зарядов; б — тот же крисстал, подвергнутый сжатию, при котором изменяются длины связей между зарядами каждой группы, но не углы между ними; горизонтальная стрелка слева — суммарный электрический дипольный момент одной группы зарядов.

Рис. 3. а — прямой пьезоэлектрический эффект; сжатие или растяжение пьезоэлектрической пластины приводит к возникновению разности потенциалов; б — обратный пьезоэлектрический эффект; в зависимости от знака разности потенциалов, приложенной к пьезоэлектрической пластинке, она сжимается или растягивается.

Пьемонт

Пьемо'нт (Piemonte), область на С.-З. Италии. Включает 6 провинций: Турин, Верчелли, Кунео, Алессандрия, Новара, Асти. Площадь 25,4 тыс. км2. Население 4,4 млн. чел. (1971). Административный и главный экономический центр — Турин.

  Почти 3/4 территории П. занимают горы и холмы; на С. и З. — Пеннинские (г. Монте-Роза, 4634 м), Грайские, Котские и Приморские Альпы. Реки системы р. По. В горах широколиственные и хвойные леса (26% площади П.). Центральная часть области — Пьемонтская равнина.

  П. — одна из наиболее развитых в экономическом отношении областей Италии, с высокой степенью концентрации промышленности и централизации капитала. В промышленности господствуют крупнейшие итальянские. монополии: «ФИАТ», «Пирелли», «Монтэдисон», «Оливетти». На П. приходится 15% всех занятых в обрабатывающей промышленности страны (1971). Развито машиностроение, особенно автомобилестроение (заводы «ФИАТ» в Турине), и тракторостроение, авиационная промышленность, моторостроение, электротехническая промышленность; производство шарикоподшипников, пишущих машинок и др. Традиционные отрасли: производство текстильных машин, машин для пищевой, бумажной и др. отраслей промышленности и сельского хозяйства, точных приборов, вооружения. П. занимает 1-е место в Италии по производству шерстяных тканей, искусственного волокна, цемента. Имеются предприятия электрометаллургии, нефтеперерабатывающей, химической, фармацевтической, резиновой, пищевой, бумажной, полиграфической промышленности. П. даёт около 10% производимой в стране электроэнергии (ГЭС в Альпах, ТЭС в крупных городах, АЭС в г. Трино-Верчеллесе). Основные промышленные центры: Турин, Новара, Верчелли, Алессандрия, Кунео, Биелла, Ивреа.