Hva er den piezoelektriske effekten?

Den piezoelektriske effekten er en unik egenskap av visse krystaller der de vil generere et elektrisk felt eller strøm hvis de blir utsatt for fysisk stress.Den samme effekten kan også observeres omvendt, der et pålagt elektrisk felt på krystallen vil legge stress på strukturen.Den piezoelektriske effekten er avgjørende for svinger, som er elektriske komponenter som brukes i et bredt utvalg av sensor- og kretsapplikasjoner.Til tross for allsidigheten til fenomenet for applikasjoner i elektromekaniske enheter, ble det oppdaget i 1880, men fant ikke utbredt bruk før omtrent et halvt århundre senere.Typer krystallinske strukturer som viser den piezoelektriske effekten inkluderer kvarts, topaz og Rochelle salt, som er en type kaliumsalt med den kjemiske formelen til KNAC ₄ H ₄ O ₆ 4H ₂ O.Pierre Curie, som er kjent for å ha vunnet Nobelprisen i 1903 i fysikk for forskning på stråling med sin kone Marie, blir kreditert med å oppdage den piezoelektriske effekten med sin bror Jacques Curie i 1880. Brødrene oppdaget ikke på det tidspunktet den omvendte piezoelektriske effektenImidlertid der strøm deformerer krystaller.Gabriel Lippmann, en fransk-luxemburgisk fysiker, er kreditert med den omvendte effekten av året etter, noe som førte til hans oppfinnelse av Lippmann-elektrometeret i 1883, en enhet som var kjernen i driften av den første eksperimentelle elektrokardiografien (EKG).

piezoelektriske effekter har den unike egenskapen til ofte å utvikle tusenvis av volt av elektrisk energipotensialforskjell med veldig lave strømnivåer.Dette gjør til og med bittesmå piezoelektriske krystaller nyttige gjenstander for å generere gnister i tenningsutstyr som gassovner.Andre vanlige bruksområder for piezoelektriske krystaller inkluderer for å kontrollere presise bevegelser i mikroskop, skrivere og elektroniske klokker.

Prosessen der den piezoelektriske effekten finner sted er basert på den grunnleggende strukturen til et krystallgitter.Krystaller har generelt en ladningsbalanse der negative og positive ladninger nettopp avbryter hverandre langs de stive planene til krystallgitteret.Når denne ladningsbalansen blir forstyrret ved å påføre fysisk stress på en krystall, overføres energien av elektriske ladningsbærere, og skaper en strøm i krystallen.Med den omvendte piezoelektriske effekten, vil det å bruke et eksternt elektrisk felt på krystallen ubalanse den nøytrale ladetilstanden, noe som resulterer i mekanisk stress og svak omjustering av gitterstrukturen.

Fra og med 2011 har den piezoelektriske effekten blitt mye monopolisert og brukt iAlt fra kvartsklokker til varmtvannsbereder, bærbare griller og til og med noen håndholdte lightere.I datamaskinskrivere brukes de små krystaller ved dysene til blekkstråler for å blokkere strømmen av blekk.Når en strøm blir brukt på dem, deformeres de, slik at blekk kan strømme på papir i nøye kontrollerte volumer for å produsere tekst og bilder.

Piezoelektrisk effekt kan også brukes til å generere lyd for miniatyrhøyttalere i klokker, og i soniske svingerå måle avstander mellom objekter som for studier i byggehandelen.Ultrasoniske svinger er også basert på piezoelektriske krystaller så vel som mange mikrofoner.Fra 2011 bruker de krystaller laget av bariumtitanat, bly titanat eller bly zirkonat, som produserer lavere spenninger enn Rochelle salt, som var standardkrystallen i tidlige former for disse teknologiene.

En av de mest avanserte teknologiformene for å utnytte den piezoelektriske effekten fra 2011 er den for skanningstunnelmikroskopet (STM) som brukes til å visuelt undersøke strukturen til atomer og små molekyler.STM er et grunnleggende verktøy innen nanoteknologi.Piezoelektriske krystaller som brukes i STM -er er i stand til å generere målbar bevegelse på skalaen til bare en FEw nanometer eller milliarddeler av en meter.