Den piezoelektriska effekten och dess tillämpning inom teknik
År 1880 upptäckte bröderna Jacques och Pierre Curie att när vissa naturliga kristaller komprimerades eller sträcktes uppstod elektriska laddningar vid kristallernas kanter. Bröderna kallade detta fenomen för "piezoelektricitet" (det grekiska ordet "piezo" betyder "pressa"), och de kallade själva sådana kristaller för piezoelektriska kristaller.
Som det visade sig har turmalinkristaller, kvarts och andra naturliga kristaller, såväl som många artificiellt odlade kristaller, en piezoelektrisk effekt. Sådana kristaller läggs regelbundet till i listan över redan kända piezoelektriska kristaller.
När en sådan piezoelektrisk kristall sträcks eller komprimeras i önskad riktning, uppstår motsatta elektriska laddningar med en liten potentialskillnad på några av dess ytor.
Om vi placerar elektroder anslutna till varandra på dessa ytor, kommer en kort elektrisk impuls att uppstå i kretsen som bildas av elektroderna i ögonblicket för komprimering eller sträckning av kristallen.Detta kommer att vara manifestationen av den piezoelektriska effekten... Vid konstant tryck kommer en sådan impuls inte att inträffa.
De inneboende egenskaperna hos dessa kristaller gör det möjligt att producera exakta och känsliga instrument.
Den piezoelektriska kristallen är mycket elastisk. När kraften deformeras återgår kristallen till sin ursprungliga volym och form utan tröghet. Det är värt att anstränga sig igen eller ändra det som redan har tillämpats, och det kommer omedelbart att svara med en ny aktuell impuls. Det är den bästa brännaren för att nå mycket svaga mekaniska vibrationer. Strömmen i den vibrerande kristallens krets är liten och detta var en stötesten under upptäckten av den piezoelektriska effekten av bröderna Curie.
I modern teknik är detta inget hinder, eftersom strömmen kan förstärkas miljontals gånger. Det är nu känt att vissa kristaller har en mycket betydande piezoelektrisk effekt. Och strömmen som erhålls från dem kan överföras över ledningar över långa avstånd, även utan föregående förstärkning.
Piezoelektriska kristaller har använts vid ultraljudsdetektering av fel för att upptäcka defekter i metallprodukter. I elektromekaniska omvandlare för radiofrekvensstabilisering, i filter för flerkanals telefonkommunikation när flera samtal förs samtidigt på en tråd, i tryck- och förstärkningssensorer, i adaptrar, kl ultraljudslödning — Inom många tekniska områden har piezoelektriska kristaller tagit sin orubbliga position.
En viktig egenskap hos piezoelektriska kristaller var också en omvänd piezoelektrisk effekt... Om laddningar av motsatta tecken appliceras på vissa ytor av kristallen, så kommer själva kristallerna att deformeras i detta fall.Om elektriska vibrationer av en ljudfrekvens appliceras på en kristall kommer den att börja vibrera med samma frekvens och ljudvågor kommer att exciteras i den omgivande luften. Så samma kristall kan fungera som både mikrofon och högtalare.
En annan egenskap hos piezoelektriska kristaller gör dem till en integrerad del av modern radioteknik. Med den naturliga frekvensen av mekaniska vibrationer börjar kristallen att vibrera särskilt starkt i det ögonblick då frekvensen för den applicerade växelspänningen sammanfaller med den.
Detta är en manifestation av elektromekanisk resonans, på grundval av vilken piezoelektriska stabilisatorer skapas, på grund av vilken en konstant frekvens upprätthålls i generatorer av kontinuerliga svängningar.
De svarar på liknande sätt på mekaniska vibrationer vars frekvens matchar den piezoelektriska kristallens naturliga vibrationsfrekvens. Detta gör att du kan skapa akustiska enheter som väljer från alla ljud som bara når dem som behövs för ett eller annat syfte.
Hela kristaller tas inte för piezoelektriska enheter. Kristaller skärs i lager strikt orienterade med avseende på deras kristallografiska axlar, dessa lager görs till rektangulära eller cirkulära plattor, som sedan poleras till en viss storlek. Tjockleken på plattorna bibehålls noggrant eftersom svängningarnas resonansfrekvens beror på den. En eller flera plattor förbundna med metallskikt på två breda ytor kallas piezoelektriska element.