Efectul Piezoelectric

Proprietatea deosebită a unor materiale feroelectrice este piezoelectricitatea sau efectul piezoelectric.

Efectul piezoelectric a fost descoperit în anul 1880 de către fraţii Pierre şi Jacque Curie şi pus în evidenţă prin apariţia unei diferenţe de potenţial electric la capetele unui dielectric sau feroelectric, atunci când asupra lui acţionează o forţă de compresie mecanică. Diferenţa de potenţial se datorează polarizării electrice a materialului piezoelectric sub acţiunea deformatoare a solicitării mecanice externe.

Polarizarea electrică constă în apariţia unor sarcini electrice pe suprafaţa materialelor piezoelectrice supuse acţiunii forţelor de compresie sau de întindere.

Aplicand o diferenta de potential intre cei doi electrozi placa isi mareste grosimea pe directia campului electric (efect piezoelectric longitudinal) si se contracta pe directiile transversale fata de camp (efectul piezoelectric transversal). Inversand tensiunea aplicata se inverseaza si sensul deformatiilor.

Piezoelectricitatea este efectul combinat al comportamentului electric al materialului.

Experimentul:

Acesta consta in realizarea unei analize statistice a unui element piezoelectric bazata pe miscarea grinzii in comsola.

Modelul consta intr-un sandwich lung de 100 mm, acesta fiind impartit in doua parti egale de aluminiu de 8 mmm de catre cei 2 mm de spuma. Deasemenea spuma este divizata prin pozitioanarea unui element piezoceramic de 10 mm intre z=55 mm si z= 65 mm. Modelul este orientat dupa axa X.

Modelul este fixat la suprafata in z=0. Acestuia i se aplica o diferenta de potential de 20 V intre la suprafata interioara si cea exterioara a elementului piezoceramic.

Proprietatile materialului sunt redate in tabelul de mai jos:

Aluminiu Spuma

E=70,3 GPa

v=0,345

= 2690 kg/m3

E=35,3 MPa

v=0,383

=32 kg/m3

Analiza statistica a elementului piezoceramic consta in studierea diferitelor tipuri de abateri in functie de diferenta de potential aplicata pe cristalul piezoelectric si fixarea bordurilor.

In prima faza, cea a modelului, unde este fixat z=0 iar diferenta de potential este de 20V avem abaterea egala cu 83 nm.

Se fixeaza mai apoi bordurile 1,4,7. Se realizeaza un tabel al valorilor abaterilor atunci cand se modifica diferenta de potential dupa bordura 16 a cristalului piezoelectric, aceasta luand urmatoarele valori: 20 V, 50 V, 100 V, 150 V si 200 V. Pe baza acestor determinari se realizeaza un grafic.

Potential

[V] Abaterea

[m]

20 8,30e-8x10-8

50 2,075e-7x10-7

100 6,15e-7x10-7

150 6,225e-7x10-7

200 8,30e-7x10-7

Se ataseaza modelul comsol pentru cazul fixarii bordurilor 1,4 si 7.