Was ist der piezoelektrische Effekt?
Der piezoelektrische Effekt ist eine einzigartige Eigenschaft bestimmter Kristalle, wo 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 dem Kristall seine Struktur belastet.Der piezoelektrische Effekt ist für Wandler von wesentlicher Bedeutung, bei denen es sich um elektrische Komponenten handelt, 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, bei dem eine Art Kaliumsalz mit der chemischen Formel von Knac 4 4 O 6 4h 2 O.Pierre Curie, der für den Gewinn des Nobelpreises von 1903 in Physik für die Forschung zur Strahlung mit seiner Frau Marie gewonnen hat, wird zugeschrieben, den piezoelektrischen Effekt mit seinem Bruder Jacques Curie 1880 zu entdecken.Dabei wird jedoch der Strom kristallisiert.Gabriel Lippmann, ein Franco-Luxemburgish-Physiker, wird im folgenden Jahr die Entdeckung des inversen Effekts zugeschrieben, was zu seiner Erfindung des Lippmann-Elektrometers im Jahr 1883 führte, ein Gerät im Zentrum des Betriebs der ersten experimentellen Elektrokardiographie (ECG) Maschine.
piezoelektrische Effekte haben die einzigartige Eigenschaft, häufig Tausende von Volt mit 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 Kontrolle präziser Bewegungen in Mikroskopen, Druckern und elektronischen Uhren. Der Prozess, bei dem der piezoelektrische Effekt stattfindet, basiert 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 aufsaugen.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 entsteht.Mit dem umgekehrten piezoelektrischen Effekt wird das Anwenden eines externen elektrischen Feldes auf den Kristall den neutralen Ladungszustand ausbalancieren, was zu mechanischer Belastung und geringfügiger Neuanpassung der Gitterstruktur führt. Ab 2011 wurde der piezoelektrische Effekt weitgehend monopolisiert und verwendet inAlles von Quarz taktt bis hin zu Zündern des Warmwasserbereiters, 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 so, dass Tinte in sorgfältig kontrollierten Volumina auf Papier fließen kann, um Text und Bilder zu erzeugen. Der piezoelektrische Effekt kann auch verwendet werdenEntfernungen zwischen Objekten wie für Gestütsfinder im Bauhandel.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 messbare Bewegungen auf der Skala von nur einem Fe erzeugenw Nanometer oder Milliarden eines Messgeräts.