Dit artikel legt uit wat het piëzo-elektrische effect in de natuurkunde is. Je ontdekt daardoor de betekenis van het piëzo-elektrische effect, wat piëzo-elektrische materialen zijn en wat de toepassingen zijn van dit natuurkundige fenomeen.
Wat is het piëzo-elektrisch effect?
Het piëzo-elektrische effect is een fysisch fenomeen dat voorkomt in bepaalde materialen, de zogenaamde piëzo-elektrische materialen. Het piëzo-elektrische effect omvat het genereren van een elektrische lading door een spanning op een materiaal aan te leggen.
Met andere woorden, het piëzo-elektrische effect is een fenomeen dat optreedt in bepaalde specifieke materialen wanneer ze worden onderworpen aan mechanische spanning, het materiaal verkrijgt dan een elektrische polarisatie en er ontstaat een elektrisch potentiaalverschil.
Het piëzo-elektrische effect werd in 1880 ontdekt door de broers Pierre Curie en Jacques Curie toen ze de compressie van kwarts, een piëzo-elektrisch materiaal, bestudeerden.
Piëzo-elektriciteit is dus de fysieke eigenschap van de materialen waarin het piëzo-elektrische effect optreedt, dat wil zeggen piëzo-elektrische materialen.
Kortom, piëzo-elektrische materialen kunnen mechanische spanning omzetten in elektriciteit. Piëzo-elektriciteit is dus erg nuttig omdat het mechanische energie omzet in elektrische energie. Hieronder zullen we de toepassingen van piëzo-elektrische materialen in detail bekijken.
Piëzo-elektrische materialen
Piëzo-elektrische materialen zijn de materialen waarin het piëzo-elektrische effect optreedt, dat wil zeggen dat piëzo-elektrische materialen materialen zijn die een mechanische spanning in een elektrische lading kunnen omzetten.
Piëzo-elektrische materialen kunnen in twee typen worden ingedeeld:
- Natuurlijke piëzo-elektrische materialen : Dit zijn materialen die van nature piëzo-elektriciteit vertonen en daarom geen enkele wijziging behoeven. Onder hen vallen kwarts, Rochelle-zout en toermalijn op.
- Ferro-elektrische piëzo-elektrische materialen : zijn materialen die moeten worden onderworpen aan een polarisatieproces om piëzo-elektrische eigenschappen te verkrijgen. Bijvoorbeeld lithiumnitraat, berliniet of lithiumtantalaat.
Het is vermeldenswaard dat de afgelopen jaren de ontwikkeling van nieuwe, milieuvriendelijkere piëzo-elektrische materialen is bevorderd, omdat piëzo-elektriciteit een zeer nuttige fysieke eigenschap is.
Toepassingen van het piëzo-elektrische effect
Nadat we de definitie van het piëzo-elektrische effect en de meest voorkomende piëzo-elektrische materialen hebben gezien, zullen we in deze sectie het gebruik van dit fysieke fenomeen bespreken.
- Elektrische aanstekers zijn een alledaagse toepassing van het piëzo-elektrische effect. Deze apparaten hebben een mechanisme met een piëzo-elektrisch kristal dat een gewelddadige klap in een vonk omzet.
- Op dezelfde manier zijn veel elektronische sensoren gebaseerd op het piëzo-elektrische effect. Zo zet de sensor een trilling om in een elektrische impuls die andere elektrische apparaten kan activeren.
- Het piëzo-elektrische effect heeft vele toepassingen op het gebied van techniek. Bij de vervaardiging van materialen door middel van spuitgieten wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van het piëzo-elektrische effect, evenals in de luchtvaart- en ruimtevaartsector.
- De werking van piëzo-elektrische motoren is ook gebaseerd op het piëzo-elektrische effect, hoewel ze in dit geval het omgekeerde piëzo-elektrische effect gebruiken (hieronder uitgelegd). Dit soort motoren ontvangen een elektrische impuls en zetten deze met behulp van piëzo-elektriciteit om in beweging.
- Het piëzo-elektrische effect wordt ook in de geneeskunde gebruikt. Meer specifiek heeft de werking van veel apparaten die worden gebruikt om gezondheidsproblemen te diagnosticeren verband met dit fysieke fenomeen, zoals het instrument dat wordt gebruikt om echografieën uit te voeren.
- Microfoons, luidsprekers en koptelefoons zijn veelgebruikte apparaten die werken via het piëzo-elektrische effect, omdat ze geluidstrillingen omzetten in elektrische golven of omgekeerd.
Omgekeerd piëzo-elektrisch effect
Ten slotte zullen we zien waaruit het omgekeerde piëzo-elektrische effect bestaat, hoewel je de betekenis ervan zeker al uit de naam hebt geraden. 😉
In de natuurkunde bestaat het omgekeerde piëzo-elektrische effect uit het transformeren van een elektrische spanning in een mechanische spanning. Met andere woorden, het omgekeerde piëzo-elektrische effect is het fysieke fenomeen dat tegengesteld is aan het piëzo-elektrische effect.
Koptelefoons gebruiken bijvoorbeeld het omgekeerde piëzo-elektrische effect om een elektrisch signaal om te zetten in een mechanische vervorming, die vervolgens in geluid wordt omgezet.
Dit betekent dat het piëzo-elektrische effect omkeerbaar is, zodat als er geen elektrische spanning meer op een piëzo-elektrisch materiaal wordt aangebracht, het terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm.