The piezoelectric effect in wood, i.e. the occurrence of electric polarization under mechanical stress and also of mechanical strain in an electric field, was accounted for by considering the uniaxial orientation of cellulose crystallites in fibers and their monoclinic symmetry. A shear stress in one plane, including the grain direction, produced electrical polarization perpendicular to it. The value of the piezoelectric modulus for wood was approximately one twentieth of that of a quartz crystal.
The chemical treatments which transform the lattice structure from cellulose I to II or III, increased the piezoelectric modulus. However, gamma-ray irradiation up to a dose sufficiently high to decrease the molecular weight had only little influence on the piezoelectric modulus.
The variation with temperature of the phase angle between sinusoida] stress and polarization showed a maximum of advanced phase around room temperature and a maximum of delayed phase at about --100 ~ C. Dielectric and viscoelastic measurements indicated that the former was caused by the dielectric loss due to water at a t3mperature above freezing and the latter by the viscoelastic loss due to local vibrations of cellulose molecules.
The piezoelectric polarization in wood can be utilized in technical problems such as the measurement of shock velocity in timber. The physiological meaning of the piezoelectrical effect in plants has not been investigated.
Zusammenfassung
Der piezoelektrische Effekt in Holz, d.h. das Auftreten einer elektrischen Polarisation unter mechanischer Spannung und ebenso das Auftreten meehanischer Vefformungen in einem elektrischen Feld wird als Folgeerscheinung der einachsigen Orientierung der Ce]lulosekrista]lite in den Holzfasern und durch deren monokline Symmetric er]d~rt. Es wurde beobachtet, dab eine Scherspannung in einer Ebene, welche in Faserrichtung liegt, eine elektrische Polarisation senkrecht dazu hervorruft. Die Gr6Be des piezoelektrischen Moduls fiir Holz betrug etwa 2A5 des piezoelektrisehen Moduls eines Quarzkristalls. Chemische Behandlungen, welche die Gitterstruktur der Cellulose I in diejenige yon Cellulose II und III umformen, erh6hen gleichzeitig den piezoelektrischen Modul. Dagegen zeigte eine Behandlung mit y-Strahlen selbst his zu einer Dosisleistung, die ausrcichte, um das Molekulargewicht zu erniedrigen, nur gcringen Einflufi auf den piezoelektrischen Modul. Die Temperaturabh~ngigkeit des Phasenwinkels zwisehen einer S-f6rmig verlaufenden Spannung und der Polarisation zeigt ein Maximum der vorauseilenden Phase etwa bei Raumtemperatur und ein Maximum der naehlaufenden Phase bei etwa --100 ~ C. Dielektrische und viskoel~stische Messungen lieBen erkennen, dab die Dielektrizit~,t auf Grund dielektrischer Verluste yon Wasser fiber 0 ~ C zust~nde kommt und dal~ die Viskoelastizit~t durch viskoelastische Verluste auf Grun4 6rtlicher Schwingungen yon Cellulosemolekfilen entsteht. Die piezoelektrische Polarisation bei Holz kann fiir die L6sung technischer Probleme, wic z. B. bei der Messung der Schallgesehwindigkeit in Holz praktisch eingesetzt werden. Die physiologische Bedeutung des piezoelektrisehen Effekts in lebenden Pflanzen ist bisher noch unbekannt.