Was ist der piezoelektrische Effekt?
Der piezoelektrische Effekt ist eine einzigartige Eigenschaft bestimmter Kristalle, in denen sie ein elektrisches Feld oder Strom erzeugen, wenn sie einer physischen Spannung ausgesetzt sind. Der gleiche Effekt kann auch in umgekehrt beobachtet werden, wobei ein auferlegtes elektrisches Feld auf den Kristall seine Struktur belastet. Der piezoelektrische Effekt ist für Wandler von wesentlicher Bedeutung. Dies sind elektrische Komponenten, die in einer Vielzahl von Sensor- und Schaltungsanwendungen verwendet werden. Trotz der Vielseitigkeit des Phänomens für Anwendungen in elektromechanischen Geräten wurde es 1880 entdeckt, fand jedoch erst etwa ein halbes Jahrhundert später weit verbreitet. Arten von kristallinen Strukturen, die den piezoelektrischen Effekt aufweisen, umfassen Quarz, Topaz und Rochelle -Salz, eine Art Kaliumsalz mit der chemischen Formel von Knac 4 h 4 o sub> 6 4H sub> sub> teur. Für die Erforschung der Strahlung mit seiner Frau Marie wird DI zugeschriebenDer piezoelektrische Effekt mit seinem Bruder Jacques Curie im Jahr 1880 stellte den umgekehrten piezoelektrischen Effekt, bei dem die Elektrizität kristallt, nicht entdeckte. Gabriel Lippmann, ein Franco-Luxemburgish-Physiker, wird im folgenden Jahr die Entdeckung der inversen Wirkung zugeschrieben, die zu seiner Erfindung des Lippmann-Elektrometers 1883 führte, ein Gerät im Herzen des Betriebs der ersten experimentellen Elektrokardiographie (EKG) Maschine.
piezoelektrische Effekte haben die einzigartige Eigenschaft, häufig Tausende von Volt elektrischer Energiepotentialdifferenz mit sehr niedrigen Stromniveaus zu entwickeln. Dies macht selbst winzige piezoelektrische Kristalle nützliche Objekte zum Erzeugen von Funken in Zündgeräten wie Gasöfen. Weitere übliche Verwendungszwecke für piezoelektrische Kristalle sind die Steuerung präziser Bewegungen in Mikroskopen, Druckern und elektronischen Uhren.
der ProNachdem der piezoelektrische Effekt stattfindet, basiert er auf der grundlegenden Struktur eines Kristallgitters. Kristalle haben im Allgemeinen ein Ladungsbilanz, bei dem sich negative und positive Ladungen entlang der starren Ebenen des Kristallgitters genau aufsagen. Wenn dieser Ladungsbilanz durch die Anwendung der physischen Spannung auf einen Kristall gestört wird, wird die Energie durch elektrische Ladungsträger übertragen, wodurch ein Strom im Kristall erzeugt wird. Mit dem umgekehrten piezoelektrischen Effekt stellt das Auftragen eines externen elektrischen Feldes auf den Kristall den neutralen Ladungszustand aus, was zu einer mechanischen Belastung und einer leichten Neuanpassung der Gitterstruktur führt.
Ab 2011 wurde der piezoelektrische Effekt weit verbreitet und in allem, von Quarzuhren bis hin zu Zündern des Warmwasserbereiters bis hin zu tragbaren Grills und sogar einigen Handheld -Feuerzeugen. In Computerdruckern werden die winzigen Kristalle an den Düsen von Tintenjets verwendet, um den Tintenfluss zu blockieren. Wenn ein Strom auf sie angewendet wird, verformen sie sich, alLiegertinte in sorgfältig kontrollierte Bände auf Papier fließen, um Text und Bilder zu erzeugen.
Der piezoelektrische Effekt kann auch verwendet werden, um Schall für Miniaturlautsprecher an Uhren und in Schallwandlern zu erzeugen, um Entfernungen zwischen Objekten wie für Bolzenfinder im Bauhandel zu messen. Ultraschallwandler basieren auch auf piezoelektrischen Kristallen sowie auf vielen Mikrofonen. Ab 2011 verwenden sie Kristalle aus Bariumtitanat, Blei -Titanat oder Bleizirkonat, die niedrigere Spannungen als Rochelle -Salz produzieren, was der Standardkristall in frühen Formen dieser Technologien war.
Eine der fortschrittlichsten Formen der Technologie, um den piezoelektrischen Effekt ab 2011 zu nutzen, ist die des Scantunnelmikroskops (STM), mit dem die Struktur von Atomen und kleinen Molekülen visuell untersucht wird. Das STM ist ein grundlegendes Werkzeug im Bereich der Nanotechnologie. In STMs verwendete piezoelektrische Kristalle können auf der Skala messbare Bewegung erzeugenvon nur wenigen Nanometern oder Milliarden von einem Meter.