圧電気とは？
原子力を知りたい
ピエゾ電気について教えて下さい。
原子力マニア
ピエゾ電気とは、特定の結晶に力加えると電気分極が発生する現象のことだよ。
原子力を知りたい
それで、その電気分極が電場を生み出すのですか？
原子力マニア
その通り。電場をかけると結晶が変形する、逆圧電効果という現象もあるんだ。
ピエゾ電気とは。
「ピエゾ電気」と呼ばれる原子力用語があります。特定の結晶に特定の方向から力が加えられると、その力に比例して電気的な両極分化が起こり、結晶の両面に正と負の電荷が生じます。この現象は「圧電効果」または「正圧電効果」と呼ばれています。また、逆にこの結晶に電場を与えると、電場と比例した変形が起こります。これを「逆圧電効果」と呼びます。1880年にキュリー夫妻が電気石において圧電効果を発見しました。結晶の圧電性は結晶の対称性によって決まり、32種類の結晶族のうち20種類が圧電効果を示します。両極分化（または電場）と応力（または変形）の関係を表す係数を「圧電率」と呼びます。両極分化ベクトルの成分をPi（i=1、2、3）、応力テンソルの成分をσj（j=1、…、6）とすると、Pi=Σdijσjとなり、dijが圧電率となります。圧電性の物質としては、ロッシェル塩やチタン酸バリウムなどが知られています。圧電効果と逆圧電効果は、機械的な変位と電気信号の相互変換に利用されています。
圧電気の定義
圧電気とは？
圧電気とは、特定の結晶やセラミック材料が機械的圧力を受けたとき、電荷を発生させる現象のことです。この性質は、圧力を電圧に変換したり、逆に電圧を圧力に変換したりすることができます。圧電材料は、センサー、アクチュエータ、超音波装置など、幅広い用途に使用されています。
圧電効果
-圧電効果-
圧電効果とは、力や圧力が特定の結晶材料に加わったときに、その材料に電荷が生じる現象です。圧縮や伸縮をすると、材料内の電気極化の変化が引き起こされ、その結果、表面に電荷が蓄積されます。この効果は、逆圧電効果としても知られ、電圧をかけると材料が変形します。
圧電効果は、さまざまな技術的用途に応用されています。代表的な例としては、超音波センサー、圧力検出器、アクチュエーターなどがあります。例えば、超音波センサーでは、圧電材料が ультразву波を発生させ、物体を検知するために使用します。また、アクチュエーターでは、電圧を印加すると圧電材料が変形し、機械運動を発生させます。
逆圧電効果
逆圧電効果は、圧電効果の逆の現象です。圧電体が機械的応力を受けているときに電気を発生させる圧電効果とは異なり、逆圧電効果では、外部の電界が加えられると圧電体に機械的変位が発生します。
言い換えると、逆圧電効果は、電場をかけると、圧電体が伸びたり縮んだりすることができる現象です。この効果は、アクチュエータやセンサなどのさまざまな用途に利用されています。たとえば、アクチュエータでは、逆圧電効果を使用して、電圧を制御することで材料を正確に位置決めします。また、センサでは、逆圧電効果を使用して、材料に印加された機械的な応力を電圧に変換します。
圧電性の性質を持つ物質
圧電性はその性質を持った物質において観察される現象です。圧電性物質は、外力による機械的変形によって電位を生み出す能力を持ちます。これは、これらの物質の内部構造に起因しています。圧電性物質は、正と負の電荷が特定の方法で整列した結晶構造を持っています。外力が加えられると、この整列が崩れ、電位差が発生します。この電位は、圧電性物質の表面に測定可能な電荷として現れます。
応用例
圧電気の応用例は幅広く、私たちの日常生活から産業分野まで様々な場面で使用されています。
* -センサー-圧電素子は、圧力を電圧に変換するセンサーとして使用され、加速度計、圧力計、超音波イメージングなどに利用されています。
* -アクチュエーター-逆圧電気効果を利用して、圧電素子は電圧を力に変換し、微小モーター、位置決め装置、精密加工などの用途に役立てられています。
* -エネルギー変換-圧電素子は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギーハーベステッドとして使用され、振動や圧力から電力を得ることができます。
* -医療-圧電気は、超音波診断装置や外科用メス、「 focused ultrasound surgery」（FUS）などの医療機器で広く使用されています。
* -通信-圧電素子は、超音波発生器やスピーカーなどの通信機器に用いられ、高周波数の音を発生させています。