Dieser Artikel erklärt, was der piezoelektrische Effekt in der Physik ist. Sie erfahren so, was der piezoelektrische Effekt bedeutet, was piezoelektrische Materialien sind und welche Anwendungen dieses physikalische Phänomen hat.
Was ist der piezoelektrische Effekt?
Der piezoelektrische Effekt ist ein physikalisches Phänomen, das in bestimmten Materialien, sogenannten piezoelektrischen Materialien, auftritt. Beim piezoelektrischen Effekt wird durch Anlegen einer Spannung an ein Material eine elektrische Ladung erzeugt.
Mit anderen Worten, der piezoelektrische Effekt ist ein Phänomen, das bei bestimmten Materialien auftritt, wenn sie mechanischer Belastung ausgesetzt werden, das Material dann eine elektrische Polarisation annimmt und eine elektrische Potentialdifferenz entsteht.
Der piezoelektrische Effekt wurde 1880 von den Brüdern Pierre Curie und Jacques Curie entdeckt, als sie die Kompression von Quarz, einem piezoelektrischen Material, untersuchten.
Piezoelektrizität ist also die physikalische Eigenschaft der Materialien, in denen der piezoelektrische Effekt auftritt, also piezoelektrische Materialien.
Kurz gesagt, piezoelektrische Materialien können mechanische Spannung in Elektrizität umwandeln. Daher ist die Piezoelektrizität sehr nützlich, da sie mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Im Folgenden werden wir die Anwendungen piezoelektrischer Materialien im Detail betrachten.
Piezoelektrische Materialien
Piezoelektrische Materialien sind die Materialien, in denen der piezoelektrische Effekt auftritt, das heißt, piezoelektrische Materialien sind Materialien, die eine mechanische Spannung in eine elektrische Ladung umwandeln können.
Piezoelektrische Materialien können in zwei Typen eingeteilt werden:
- Natürliche piezoelektrische Materialien : Hierbei handelt es sich um Materialien, die von Natur aus Piezoelektrizität aufweisen und daher keiner Modifikation bedürfen. Unter ihnen stechen Quarz, Rochelle-Salz und Turmalin hervor.
- Ferroelektrische piezoelektrische Materialien : sind solche Materialien, die einem Polarisationsprozess unterzogen werden müssen, um piezoelektrische Eigenschaften zu erhalten. Zum Beispiel Lithiumnitrat, Berlinit oder Lithiumtantalat.
Es ist erwähnenswert, dass in den letzten Jahren die Entwicklung neuer, umweltfreundlicherer piezoelektrischer Materialien vorangetrieben wurde, da Piezoelektrizität eine sehr nützliche physikalische Eigenschaft ist.
Anwendungen des piezoelektrischen Effekts
Nachdem wir die Definition des piezoelektrischen Effekts und der gebräuchlichsten piezoelektrischen Materialien kennengelernt haben, werden wir in diesem Abschnitt die Verwendung dieses physikalischen Phänomens diskutieren.
- Elektrische Feuerzeuge sind eine alltägliche Anwendung des piezoelektrischen Effekts. Diese Geräte verfügen über einen Mechanismus mit einem piezoelektrischen Kristall, der einen heftigen Schlag in einen Funken umwandelt.
- Ebenso basieren viele elektronische Sensoren auf dem piezoelektrischen Effekt. Somit wandelt der Sensor eine Vibration in einen elektrischen Impuls um, der andere elektrische Geräte aktivieren kann.
- Der piezoelektrische Effekt hat viele Anwendungen im Bereich der Technik. Beispielsweise wird bei der Herstellung von Materialien im Spritzgussverfahren der piezoelektrische Effekt genutzt, aber auch in der Luft- und Raumfahrt.
- Der Betrieb piezoelektrischer Motoren basiert ebenfalls auf dem piezoelektrischen Effekt, allerdings nutzen sie in diesem Fall den umgekehrten piezoelektrischen Effekt (siehe unten). Solche Motoren erhalten einen elektrischen Impuls und wandeln ihn mithilfe von Piezoelektrizität in Bewegung um.
- Der piezoelektrische Effekt wird auch in der Medizin genutzt. Genauer gesagt hängt der Betrieb vieler Geräte zur Diagnose von Gesundheitsproblemen mit diesem physikalischen Phänomen zusammen, beispielsweise das Instrument zur Durchführung von Ultraschalluntersuchungen.
- Mikrofone, Lautsprecher und Kopfhörer sind häufig verwendete Geräte, die den piezoelektrischen Effekt nutzen, indem sie Schallschwingungen in elektrische Wellen umwandeln oder umgekehrt.
Umgekehrter piezoelektrischer Effekt
Abschließend werden wir sehen, woraus der inverse piezoelektrische Effekt besteht, obwohl Sie seine Bedeutung sicherlich bereits anhand des Namens erraten haben. 😉
In der Physik besteht der inverse piezoelektrische Effekt darin, eine elektrische Spannung in eine mechanische Spannung umzuwandeln. Mit anderen Worten: Der inverse piezoelektrische Effekt ist das physikalische Phänomen, das dem piezoelektrischen Effekt entgegengesetzt ist.
Kopfhörer nutzen beispielsweise den umgekehrten piezoelektrischen Effekt, um ein elektrisches Signal in eine mechanische Verformung umzuwandeln, die dann in Schall umgewandelt wird.
Dies bedeutet, dass der piezoelektrische Effekt reversibel ist, d. h. wenn an ein piezoelektrisches Material keine elektrische Spannung mehr angelegt wird, kehrt es in seine ursprüngliche Form zurück.