Was ist piezoelektrischer effekt?
Piezoelektrischer Effekt
Der piezoelektrische Effekt beschreibt die Entstehung von elektrischer Spannung in bestimmten Materialien, wenn diese mechanisch verformt werden (direkter piezoelektrischer Effekt). Umgekehrt führt das Anlegen einer elektrischen Spannung an solche Materialien zu einer mechanischen Verformung (inverser piezoelektrischer Effekt).
Direkter piezoelektrischer Effekt:
- Mechanische Beanspruchung (Druck, Zug, Biegung, Scherung) führt zur Verschiebung von Ladungsträgern innerhalb des Materials.
- Diese Ladungsverschiebung erzeugt eine elektrische Spannung.
- Anwendung: Sensoren (Drucksensoren, Beschleunigungssensoren, Mikrofone, etc.)
Inverser piezoelektrischer Effekt:
- Anlegen einer elektrischen Spannung führt zu einer mechanischen Verformung des Materials.
- Die Verformung ist proportional zur angelegten Spannung.
- Anwendung: Aktoren (Lautsprecher, Piezoaktoren in der Feinpositionierung, Ultraschallwandler, etc.)
Materialien:
- Piezoelektrische Materialien sind kristallin und besitzen keine Inversionssymmetrie.
- Natürliche Materialien: Quarz, Turmalin, Rochelle-Salz
- Künstliche Materialien: Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), Bariumtitanat
Anwendungen:
Eigenschaften:
- Die piezoelektrische Wirkung ist reversibel (Umkehrbarkeit der Effekte).
- Die erzeugte Spannung bzw. Verformung ist proportional zur angelegten Kraft bzw. Spannung (innerhalb bestimmter Grenzen).
- Die Effizienz der Umwandlung ist materialabhängig.