Den piezoelektriske effekt og dens anvendelse i teknologi

I 1880 opdagede brødrene Jacques og Pierre Curie, at når visse naturlige krystaller blev komprimeret eller strakt, opstod der elektriske ladninger ved kanterne af krystallerne. Brødrene kaldte dette fænomen for "piezoelektricitet" (det græske ord "piezo" betyder "at trykke"), og de kaldte selv sådanne krystaller for piezoelektriske krystaller.

Som det viste sig, har turmalinkrystaller, kvarts og andre naturlige krystaller såvel som mange kunstigt dyrkede krystaller en piezoelektrisk effekt. Sådanne krystaller tilføjes regelmæssigt til listen over allerede kendte piezoelektriske krystaller.

Når en sådan piezoelektrisk krystal strækkes eller komprimeres i den ønskede retning, opstår der modsatte elektriske ladninger med en lille potentialforskel på nogle af dens overflader.

Hvis vi placerer elektroder forbundet med hinanden på disse flader, vil der i det øjeblik, hvor krystallen kompression eller strækkes, opstå en kort elektrisk impuls i kredsløbet dannet af elektroderne.Dette vil være manifestationen af ​​den piezoelektriske effekt... Ved konstant tryk vil en sådan impuls ikke forekomme.

Disse krystallers iboende egenskaber gør det muligt at fremstille præcise og følsomme instrumenter.

Den piezoelektriske krystal er meget elastisk. Når kraften deformeres, vender krystallen tilbage til sit oprindelige volumen og form uden inerti. Det er værd at gøre en indsats igen eller ændre det, der allerede er blevet anvendt, og det vil straks reagere med en ny aktuel impuls. Det er den bedste optager til at nå meget svage mekaniske vibrationer. Strømmen i den vibrerende krystals kredsløb er lille, og dette var en anstødssten under Curie-brødrenes opdagelse af den piezoelektriske effekt.

I moderne teknologi er dette ikke en hindring, fordi strømmen kan forstærkes millioner af gange. Det er nu kendt, at visse krystaller har en meget betydelig piezoelektrisk effekt. Og strømmen opnået fra dem kan overføres over ledninger over lange afstande, selv uden forudgående forstærkning.

Piezoelektriske krystaller er blevet brugt i ultralydsfejldetektion for at detektere defekter i metalprodukter. I elektromekaniske omformere til radiofrekvensstabilisering, i filtre til flerkanals telefonkommunikation, når flere samtaler føres samtidigt på én ledning, i tryk- og forstærkningssensorer, i adaptere, kl ultralydslodning — På mange tekniske områder har piezoelektriske krystaller indtaget deres urokkelige position.

En vigtig egenskab ved piezoelektriske krystaller var også en omvendt piezoelektrisk effekt... Hvis ladninger af modsatte fortegn påføres visse overflader af krystallen, så vil krystallerne selv blive deformeret i dette tilfælde.Hvis elektriske vibrationer af en lydfrekvens påføres en krystal, vil den begynde at vibrere med samme frekvens, og lydbølger vil blive exciteret i den omgivende luft. Så den samme krystal kan fungere som både mikrofon og højttaler.

Et andet træk ved piezoelektriske krystaller gør dem til en integreret del af moderne radioteknologi. Med den naturlige frekvens af mekaniske vibrationer begynder krystallen at vibrere særligt kraftigt i det øjeblik, hvor frekvensen af ​​den påførte vekselspænding falder sammen med den.

Dette er en manifestation af elektromekanisk resonans, på grundlag af hvilken der skabes piezoelektriske stabilisatorer, på grund af hvilken en konstant frekvens opretholdes i generatorer af kontinuerlige svingninger.

De reagerer på lignende måde på mekaniske vibrationer, hvis frekvens matcher den piezoelektriske krystals naturlige vibrationsfrekvens. Dette giver dig mulighed for at skabe akustiske enheder, der vælger blandt alle de lyde, der kun når dem, der er nødvendige til et eller andet formål.

Hele krystaller tages ikke til piezoelektriske enheder. Krystaller skæres i lag strengt orienteret med hensyn til deres krystallografiske akser, disse lag laves til rektangulære eller cirkulære plader, som derefter poleres til en vis størrelse. Pladernes tykkelse opretholdes omhyggeligt, fordi resonansfrekvensen af ​​oscillationerne afhænger af den. En eller flere plader forbundet med metallag på to brede overflader kaldes piezoelektriske elementer.