Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип Д22 № 14497
i

Пье­зо­элек­три­че­ство

В 1880 году фран­цуз­ские уче­ные  — бра­тья Пьер и Поль Кюри  — ис­сле­до­ва­ли свой­ства кри­стал­лов. Они за­ме­ти­ли, что если кри­сталл квар­ца сжать с двух сто­рон, то на его гра­нях, пер­пен­ди­ку­ляр­ных на­прав­ле­нию сжа­тия, воз­ни­ка­ют элек­три­че­ские за­ря­ды: на одной грани по­ло­жи­тель­ные, на дру­гой  — от­ри­ца­тель­ные. Таким же свой­ством об­ла­да­ют кри­стал­лы тур­ма­ли­на, се­гне­то­вой соли, даже са­ха­ра. За­ря­ды на гра­нях кри­стал­ла воз­ни­ка­ют и при его рас­тя­же­нии. При­чем если при сжа­тии на грани на­кап­ли­вал­ся по­ло­жи­тель­ный заряд, то при рас­тя­же­нии на этой грани будет на­кап­ли­вать­ся от­ри­ца­тель­ный заряд, и на­о­бо­рот. Это яв­ле­ние было на­зва­но пье­зо­элек­три­че­ством (от гре­че­ско­го слова «пьезо»  — давлю). Кри­сталл с таким свой­ством на­зы­ва­ют пъ­е­зо­элек­три­ком.

В даль­ней­шем бра­тья Кюри об­на­ру­жи­ли, что пье­зо­элек­три­че­ский эф­фект об­ра­тим: если на гра­нях кри­стал­ла со­здать раз­но­имен­ные элек­три­че­ские за­ря­ды, он либо со­жмет­ся, либо рас­тя­нет­ся в за­ви­си­мо­сти от того, к какой грани при­ло­жен по­ло­жи­тель­ный и к какой  — от­ри­ца­тель­ный заряд.

На яв­ле­нии пье­зо­элек­три­че­ства ос­но­ва­но дей­ствие ши­ро­ко рас­про­стра­нен­ных пье­зо­элек­три­че­ских за­жи­га­лок. Ос­нов­ной ча­стью такой за­жи­гал­ки яв­ля­ет­ся пье­зо­эле­мент  — ке­ра­ми­че­ский пье­зо­элек­три­че­ский ци­линдр с ме­тал­ли­че­ски­ми элек­тро­да­ми на ос­но­ва­ни­ях. При по­мо­щи ме­ха­ни­че­ско­го устрой­ства про­из­во­дит­ся крат­ко­вре­мен­ный удар по пье­зо­эле­мен­ту. При этом на двух его сто­ро­нах, рас­по­ло­жен­ных пер­пен­ди­ку­ляр­но на­прав­ле­нию дей­ствия де­фор­ми­ру­ю­щей силы, по­яв­ля­ют­ся раз­но­имен­ные элек­три­че­ские за­ря­ды. На­пря­же­ние между этими сто­ро­на­ми может до­сти­гать не­сколь­ких тысяч вольт. По изо­ли­ро­ван­ным про­во­дам на­пря­же­ние под­во­дит­ся к двум элек­тро­дам, рас­по­ло­жен­ным в на­ко­неч­ни­ке за­жи­гал­ки на рас­сто­я­нии 3-4 мм друг от друга. Воз­ни­ка­ю­щий между элек­тро­да­ми ис­кро­вой раз­ряд под­жи­га­ет смесь газа и воз­ду­ха.

Не­смот­ря на очень боль­шие на­пря­же­ния (-10 кВ), опыты с пье­зо­за­жи­гал­кой со­вер­шен­но без­опас­ны, так как даже при ко­рот­ком за­мы­ка­нии сила тока ока­зы­ва­ет­ся такой же ни­чтож­но малой и без­опас­ной для здо­ро­вья че­ло­ве­ка, как при элек­тро­ста­ти­че­ских раз­ря­дах при сни­ма­нии шер­стя­ной или син­те­ти­че­ской одеж­ды в сухую по­го­ду.

Вы­бе­ри­те два вер­ных утвер­жде­ния, ко­то­рые со­от­вет­ству­ют со­дер­жа­нию тек­ста. За­пи­ши­те в ответ их но­ме­ра.

 

1.  Пье­зо­элек­три­че­ство  — это яв­ле­ние воз­ник­но­ве­ния элек­три­че­ских за­ря­дов на по­верх­но­сти кри­стал­лов при их де­фор­ма­ции.

2.  Пье­зо­элек­три­че­ство  — это яв­ле­ние воз­ник­но­ве­ния де­фор­ма­ции рас­тя­же­ния и сжа­тия в кри­стал­лах.

3.  Пье­зо­элек­три­че­ский кри­сталл сжали в вер­ти­каль­ном на­прав­ле­нии. При этом на левой грани об­ра­зо­вал­ся по­ло­жи­тель­ный заряд. Если те­перь на пра­вой грани того же не­де­фор­ми­ро­ван­но­го кри­стал­ла со­здать по­ло­жи­тель­ный заряд, а на левой  — от­ри­ца­тель­ный, то кри­сталл со­жмет­ся в вер­ти­каль­ном на­прав­ле­нии.

4.  Пье­зо­элек­три­че­ский кри­сталл сжали в вер­ти­каль­ном на­прав­ле­нии. При этом на левой грани об­ра­зо­вал­ся по­ло­жи­тель­ный заряд. Если те­перь на пра­вой грани того же не­де­фор­ми­ро­ван­но­го кри­стал­ла со­здать по­ло­жи­тель­ный заряд, а на левой  — от­ри­ца­тель­ный, то кри­сталл при­об­ре­тет от­ри­ца­тель­ный заряд на верх­ней грани.

5.  Пье­зо­элек­три­че­ский кри­сталл сжали в вер­ти­каль­ном на­прав­ле­нии. При этом на левой грани об­ра­зо­вал­ся по­ло­жи­тель­ный заряд. Если те­перь на пра­вой грани того же не­де­фор­ми­ро­ван­но­го кри­стал­ла со­здать по­ло­жи­тель­ный заряд, а на левой  — от­ри­ца­тель­ный, то кри­сталл рас­тя­нет­ся в вер­ти­каль­ном на­прав­ле­нии.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

В пред­ло­же­ни­ях 2, 4, 5, 6 пер­во­го аб­за­ца го­во­рит­ся, что пье­зо­элек­тр­че­ство  — воз­ник­но­ве­ние элек­три­че­ских за­ря­дов на по­верх­но­сти кри­стал­лов при их де­фор­ма­ции.

В пер­вом аб­за­це тек­ста ска­за­но: «... если при сжа­тии на грани на­кап­ли­вал­ся по­ло­жи­тель­ный заряд, то при рас­тя­же­нии на этой грани будет на­кап­ли­вать­ся от­ри­ца­тель­ный заряд, и на­о­бо­рот». Т. к. во вто­ром аб­за­це ска­за­но, что пье­зо­элек­три­че­ский эф­фект об­ра­тим, то кри­сталл в за­да­че рас­тя­нет­ся в вер­ти­каль­ном на­прав­ле­нии.

 

Ответ: 1 и 5.

Раздел кодификатора ФИПИ: Из­вле­че­ние ин­фор­ма­ции из тек­ста
1
Тип 18 № 698
i

В на­ча­ле XX века фран­цуз­ский уче­ный Поль Лан­же­вен изоб­рел из­лу­ча­тель уль­тра­зву­ко­вых волн. За­ря­жая грани квар­це­во­го кри­стал­ла элек­три­че­ством от ге­не­ра­то­ра пе­ре­мен­но­го тока вы­со­кой ча­сто­ты, он уста­но­вил, что кри­сталл со­вер­ша­ет при этом ко­ле­ба­ния с ча­сто­той, рав­ной ча­сто­те из­ме­не­ния на­пря­же­ния. Какой (пря­мой или об­рат­ный) пье­зо­элек­три­че­ский эф­фект лежит в ос­но­ве дей­ствия из­лу­ча­те­ля? Ответ по­яс­ни­те.


2
Тип Д19 № 692
i

Пье­зо­элек­три­че­ство  — это яв­ле­ние

 

1)  воз­ник­но­ве­ния элек­три­че­ских за­ря­дов на по­верх­но­сти кри­стал­лов при их де­фор­ма­ции

2)  воз­ник­но­ве­ния де­фор­ма­ции рас­тя­же­ния и сжа­тия в кри­стал­лах

3)  про­хож­де­ния элек­три­че­ско­го тока через кри­стал­лы

4)  про­хож­де­ния ис­кро­во­го раз­ря­да при де­фор­ма­ции кри­стал­лов


3
Тип Д20 № 693
i

Пье­зо­элек­три­че­ский кри­сталл сжали в вер­ти­каль­ном на­прав­ле­нии. При этом на левой грани об­ра­зо­вал­ся по­ло­жи­тель­ный заряд. Если те­перь на пра­вой грани того же не­де­фор­ми­ро­ван­но­го кри­стал­ла со­здать по­ло­жи­тель­ный заряд, а на левой  — от­ри­ца­тель­ный, то кри­сталл

 

1)  со­жмет­ся в вер­ти­каль­ном на­прав­ле­нии

2)  при­об­ре­тет от­ри­ца­тель­ный заряд на верх­ней грани

3)  рас­тя­нет­ся в вер­ти­каль­ном на­прав­ле­нии

4)  при­об­ре­тет от­ри­ца­тель­ный заряд на ниж­ней грани