Den piezoelektriske effekten og dens anvendelse i teknologi

I 1880 oppdaget brødrene Jacques og Pierre Curie at når visse naturlige krystaller ble komprimert eller strukket, oppsto det elektriske ladninger ved kantene av krystallene. Brødrene kalte dette fenomenet "piezoelektrisitet" (det greske ordet "piezo" betyr "å trykke"), og de kalte selv slike krystaller for piezoelektriske krystaller.

Som det viste seg, har turmalinkrystaller, kvarts og andre naturlige krystaller, samt mange kunstig dyrkede krystaller, en piezoelektrisk effekt. Slike krystaller legges jevnlig til listen over allerede kjente piezoelektriske krystaller.

Når en slik piezoelektrisk krystall strekkes eller komprimeres i ønsket retning, oppstår motsatte elektriske ladninger med en liten potensialforskjell på noen av overflatene.

Hvis vi plasserer elektroder koblet til hverandre på disse flatene, vil det i øyeblikket av kompresjon eller strekking av krystallen vises en kort elektrisk impuls i kretsen som dannes av elektrodene.Dette vil være manifestasjonen av den piezoelektriske effekten... Ved konstant trykk vil en slik impuls ikke oppstå.

De iboende egenskapene til disse krystallene gjør det mulig å produsere presise og følsomme instrumenter.

Den piezoelektriske krystallen er svært elastisk. Når kraften deformeres, går krystallen tilbake til sitt opprinnelige volum og form uten treghet. Det er verdt å gjøre en innsats igjen eller endre det som allerede er brukt, og det vil umiddelbart reagere med en ny aktuell impuls. Det er den beste opptakeren for å nå svært svake mekaniske vibrasjoner. Strømmen i kretsen til den vibrerende krystallen er liten, og dette var en snublestein under oppdagelsen av den piezoelektriske effekten av Curie-brødrene.

I moderne teknologi er ikke dette et hinder, fordi strømmen kan forsterkes millioner av ganger. Det er nå kjent at visse krystaller har en meget betydelig piezoelektrisk effekt. Og strømmen oppnådd fra dem kan overføres over ledninger over lange avstander, selv uten forsterkning.

Piezoelektriske krystaller har blitt brukt i ultralydfeildeteksjon for å oppdage defekter i metallprodukter. I elektromekaniske omformere for radiofrekvensstabilisering, i filtre for flerkanals telefonkommunikasjon når flere samtaler gjennomføres samtidig på en ledning, i trykk- og forsterkningssensorer, i adaptere, kl ultralyd lodding — På mange tekniske felt har piezoelektriske krystaller inntatt sin urokkelige posisjon.

En viktig egenskap ved piezoelektriske krystaller var også en omvendt piezoelektrisk effekt... Hvis ladninger av motsatte fortegn påføres visse overflater av krystallen, vil krystallene i seg selv bli deformert i dette tilfellet.Hvis elektriske vibrasjoner av en lydfrekvens påføres en krystall, vil den begynne å vibrere med samme frekvens og lydbølger vil bli eksitert i luften rundt. Så den samme krystallen kan fungere som både mikrofon og høyttaler.

Et annet trekk ved piezoelektriske krystaller gjør dem til en integrert del av moderne radioteknologi. Med den naturlige frekvensen av mekaniske vibrasjoner, begynner krystallen å vibrere spesielt sterkt i det øyeblikket frekvensen til den påførte vekselspenningen faller sammen med den.

Dette er en manifestasjon av elektromekanisk resonans, på grunnlag av hvilken piezoelektriske stabilisatorer skapes, på grunn av hvilke en konstant frekvens opprettholdes i generatorer av kontinuerlige svingninger.

De reagerer på en lignende måte på mekaniske vibrasjoner hvis frekvens matcher den naturlige vibrasjonsfrekvensen til den piezoelektriske krystallen. Dette lar deg lage akustiske enheter som velger fra alle lydene som bare når dem som er nødvendige for ett eller annet formål.

Hele krystaller tas ikke for piezoelektriske enheter. Krystaller kuttes i lag strengt orientert med hensyn til deres krystallografiske akser, disse lagene er laget til rektangulære eller sirkulære plater, som deretter poleres til en viss størrelse. Tykkelsen på platene opprettholdes nøye fordi resonansfrekvensen til oscillasjonene avhenger av den. En eller flere plater forbundet med metalllag på to brede overflater kalles piezoelektriske elementer.