壓電效應：某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應。依據電介質壓電效應研制的一類傳感器稱為壓電傳感器。

　　壓電效應可分為正壓電效應和逆壓電效應。

　　某些電介質，當受力變形時內部產生極化現象，同時在兩個表面產生相異電荷，外力去掉后，又恢復到不帶電狀態。這叫壓電效應。當作用力方向改變時，電荷極性隨之改變，這種現象稱為“正壓電效應”。相反，當在電介質極化方向施加電場，這些電解質也會產生幾何變形，這種現象稱為“逆壓電效應”。

　　正壓電：壓電效應是指：當晶體受到某固定方向外力的作用時，內部就產生電極化現象，同時在某兩個表面上產生符號相反的電荷；當外力撤去后，晶體又恢復到不帶電的狀態；當外力作用方向改變時，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。壓電式傳感器大多是利用正壓電效應制成的。

　　逆壓電：是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現象。用逆壓電效應制造的變送器可用于電聲和超聲工程。壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型5種基本形式。壓電晶體是各向異性的，并非所有晶體都能在這5種狀態下產生壓電效應。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應，但具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。

　　依據電介質壓電效應研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。

　　這里再介紹一下電致伸縮效應。電致伸縮效應，即電介質在電場的作用下，由于感應極化作用而產生應變，應變大小與電場平方成正比，與電場方向無關。壓電效應僅存在于無對稱中心的晶體中。而電致伸縮效應對所有的電介質均存在，不論是非晶體物質，還是晶體物質，不論是中心對稱性的晶體，還是極性晶體。

　　下面我們利用壓電陶瓷測試壓電效應和逆壓電效應。

　　常用的壓電陶瓷是由鋯鈦酸鉛（PZT）材料做成的。將PZT材料做成的壓電陶瓷片粘在圓形黃銅片上就構成了壓電陶瓷元件。它具有明顯的壓電效應。

　　首先，將壓電陶瓷片A的兩根引線通過一個按鈕開關與信號發生器相聯。將壓電陶瓷片B的兩根引線與擴音器（帶喇叭）的輸入端相連。將A、B兩個壓電陶瓷片用黑封泥固定在同一個木板制成的箱子上。當觀察者將按鈕開關按下，接通信號發生器和壓電陶瓷A時，由于逆壓電效應，A開始振動，并把振動傳給木箱，木箱的振動傳給壓電陶瓷B，由于壓電效應，使B兩邊產生變化電信號，再傳給擴音器使喇叭發聲，所以這個實驗同時演示了壓電效應和逆壓電效應。

　　兩種壓電效應的關系

　　正壓電效應實質上是機械能轉化為電能的過程。即：P=dσ其中，P為晶體的電極化率，單位是C/m2，d為壓電常數單位是C/N，σ為應力，單位是N/m2。

　　當在壓電材料表面施加電場（電壓），因電場作用時電偶極矩會被拉長，壓電材料為抵抗變化，會沿電場方向伸長，如上圖所示。這種通過電場作用而產生機械形變的過程稱為“逆壓電效應”。逆壓電效應實質上是電能轉化為機械能的過程。即：S=dtE。其中，S為晶體的楊氏模量，dt為壓電常數，單位是m/V，E為電場強度適量，單位是V/m。如果外界電場較強，那么壓晶體管還會出現電致伸縮效應（electrostriction effect），即材料應變與外加電場強度的平方成正比的現象。可以用以下公式給出：S=μE2，其中，μ為電致伸縮系數，單位是m4/C2。可以證明，正壓電效應和逆壓電效應中的系數是相等的，且具有正壓電效應的材料必然具有逆壓電效應。

　　壓電效應的應用

　　壓電效應在當今電子科學技術領域具有廣泛的應用，總的來說，壓電效應歸屬于電磁效應的一種，類似于極化效應。在日常生活中，壓電效應除了在材料領域有獨樹一幟的應用角色，在一些常用的器件中也作為核心部件的工作機理。隨著壓電技術的不斷發展，壓電效應在傳感器上的應用也為我們帶來了更多的方便。在日常生活中，我們把根據壓電效應制作出的材料叫壓電陶瓷，利用它可以制作石英諧振器，陶瓷濾波器、陷波器、鑒頻器，拾音器、發聲器，水聲換能器，魚群探測器，壓電陶瓷變壓器，陶瓷壓力器，加速度計，超聲波發聲器等器件，還可以作為電子打火機、煤氣點火栓、導彈與魚雷爆炸時的電源。

　　壓電效應的實驗設計

　　（1）實驗原理

　　正壓電效應：某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。

　　逆壓電效應：當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應，或稱為電致伸縮現象。

　　（2）實驗裝置

　　自制壓電陶瓷實驗儀、壓電陶瓷點火器和聲控開關

　　電路連接圖：

　　（3）實驗內容

　　①：觀察逆壓電效應。把功能轉換開關撥向“逆壓電”一側， 把壓電陶瓷片接入逆壓電一側的插口，接通電源，此時音樂片上的集成電路便把聲音電信號加在壓電陶瓷片上奏響。然后把功能轉換開關撥至“正壓電”一側，音樂片在奏完一段曲子之后便停止，否則將一直奏個不停，耗盡電池。

　　②：觀察正電壓效應。功能轉換開關應處于“正壓電”一側。具體步驟如下：

　　a.將壓電陶瓷片的引線接入用作直流伏特計的數顯多用表插口，然后注意在用手接下壓電陶瓷片與松手瞬時，伏特計示數的符號與數值，試解釋一下你看到的現象。

　　b.把壓電陶瓷片接入“正壓電”一側的插口，接通電源，待LED不亮后在下列情況下觀察LED發亮情形;使電壓陶瓷碰一下桌面在離壓電陶瓷片500mm左右處拍一下桌面。

　　c.觀察閥體總成，并且操作它打出明亮的火花，將閥體總成的把手朝里一按，然后往逆時針方向一擰，便可見兩個尖端間出現火花，自己觀察一下，兩個尖端相距3~4mm時火花最明亮，也即釋放的能量最大。

　　d.操作聲控開關，一只手握住氣囊，然后與另一只手相撞便可使接在聲控開關上的用電器的電源接通或斷開。