Decoration_Woman with raised pointing finger conveys "Eureka, I've got it". Image source: Pixabay.com

Peux-tu dire quelle sera la phase du signal de sortie ?

Pourquoi se soucier de cette question. En pratique, si nous devons le déterminer, nous préférons appuyer sur le piézo et voir si le côté positif est en haut ou en bas.
Quoi qu'il en soit, essayons de le découvrir en théorie. Nous devons d'abord décider de ce que nous appelons le positif et le négatif. C'est une question de conventions.

Schematic representation of an accelerometer with two output signals: one positive and one negative.

La physique du flux de courant

Le courant électrique est le flux d'électrons. Les métaux ou autres conducteurs électriques sont constitués d'atomes contenant beaucoup d'électrons libres. Lorsque nous appliquons une force électromotrice le long d'un fil, les électrons libres sautent d'un atome à l'autre, créant ainsi un flux de courant. Nous savons que les électrons négatifs sont attirés par la charge positive, donc nous pouvons déduire que le courant circule du côté négatif vers le pôle positif.

Courant conventionnel (technique)

Tout a démarré avec Benjamin Franklin.
A l'époque, on savait très peu de choses sur la mystérieuse force appelée électricité. Franklin a été l'un des premiers à faire des expériences physiques au sujet de la charge électrique. Il a découvert que lorsqu'une tige de verre était frottée avec de la soie, le verre était chargé d'électricité.

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Franklin a découvert que dans un système fermé, la somme des charges électriques existantes reste constante. Il a postulé la convention d'attribuer des signes de charge positive aux "choses" qui se déplacent dans un circuit en faisant du travail.
Il s'avère que Franklin s'est trompé sur le signe des charges qui se déplacent. Aujourd'hui, nous savons que c'est les électrons qui sont libres de se déplacer et pas les protons. La soie donnait une charge négative au verre.
Alors pourquoi utilisons-nous plutôt le flux de courant conventionnel s'il est erroné ? En fait, la plupart des formules utilisées en électrotechnique, telles que la loi d'Ohm, supposent que le courant circule du positif au négatif. C'est pourquoi nous supposons également pour nos calculs que le courant circule du positif au négatif.

Les Pico Coulombs sont positifs

Nous avons vu dans le chapitre précédent que la magnitude de la charge d'un électron est

e = 1.6 · 10⁻¹⁹ C  (Coulomb)

Strictly speaking it should read e = - 1.6 · 10⁻¹⁹  C, because if we have a positive current (Coulombs per second) then positive charges are flowing from the positive pole to the negative pole.

So let’s agree that a pC (with no sign) shall be a positive charge.

Convention on a positive force

La plupart des livres de mécanique présument qu'une force exercée vers l'extérieur d'un corps (tension) soit positive, alors qu'une force exercée vers l'intérieur du corps (compression) sera négative.
Si nous appliquons cela à nos constantes piézoélectriques, nous devrions obtenir (avec une constante d33 positive) une charge négative lorsque nous comprimons l'élément et une charge positive si nous tirons dessus! Le terme "mode de compression" est donc quelque peu trompeur et nous ferions mieux d'utiliser plutôt l'expression "mode longitudinal".

Montage de l'élément piézo

Bien sûr, nous devons également tenir compte de l'orientation de l'élément piézoélectrique. Si nous le montons à l'envers, la charge positive apparaîtra de l'autre côté.

Combinaison

Si on combine maintenant tout cela, on devrait parfaitement être capable de dire le signe de sortie de l'accéléromètre (sans oublier que dans un mouvement sinusoïdal, l'accélération est inverse au déplacement).
Si tu as encore des doutes, reviens à la première phrase du haut.   ;-)

Encore un autre souci

On a une charge positive Q  d'un côté et la charge négative correspondante de l'autre côté d'un élément piézo.

Question: La charge totale du pôle positif au pôle négatif est-elle alors 2Q ?

 

Nous nous souvenons que la charge ne peut pas être produite mais seulement séparée (négative du positive).

Pierre de poids sur élément piézo avec signaux de sortie positifs et négatifs

Une charge négative est due à un surplus d'électrons, tandis que la charge positive correspondante signifie un déficit de ces électrons. Ainsi, la charge totale disponible de + à - n'est toujours que de 1Q !

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