האפקט הפיאזואלקטרי ויישומו בטכנולוגיה

בשנת 1880, האחים ז'אק ופייר קירי גילו שכאשר גבישים טבעיים מסוימים נדחסו או נמתחו, נוצרו מטענים חשמליים בקצוות הגבישים. האחים קראו לתופעה זו "פיזואלקטריות" (המילה היוונית "פייזו" פירושה "ללחוץ"), והם עצמם כינו גבישים כאלה גבישים פיזואלקטריים.

כפי שהתברר, גבישי טורמלין, קוורץ וגבישים טבעיים אחרים, כמו גם גבישים רבים שגדלו באופן מלאכותי, הם בעלי אפקט פיזואלקטרי. גבישים כאלה מתווספים באופן קבוע לרשימה של גבישים פיזואלקטריים ידועים כבר.

כאשר גביש פיזואלקטרי כזה נמתח או דחוס בכיוון הרצוי, מופיעים מטענים חשמליים מנוגדים עם הפרש פוטנציאל קטן על חלק מהמשטחים שלו.

אם נניח אלקטרודות המחוברות זו לזו על הפנים הללו, אזי ברגע של דחיסה או מתיחה של הגביש, יופיע דחף חשמלי קצר במעגל שנוצר על ידי האלקטרודות.זה יהיה הביטוי של האפקט הפיאזואלקטרי... בלחץ קבוע, דחף כזה לא יתרחש.

המאפיינים המובנים של גבישים אלו מאפשרים לייצר מכשירים מדויקים ורגישים.

הגביש הפיאזואלקטרי הוא אלסטי מאוד. כאשר הכוח מעוות, הגביש חוזר לנפח ולצורתו המקוריים ללא אינרציה. כדאי להתאמץ שוב או לשנות את מה שכבר יושם, והוא יגיב מיד בדחף נוכחי חדש. זהו המקליט הטוב ביותר להגעה לרעידות מכניות חלשות מאוד. הזרם במעגל הגביש הרוטט קטן וזה היה אבן נגף במהלך גילוי האפקט הפייזואלקטרי על ידי האחים קירי.

בטכנולוגיה המודרנית, זה לא מהווה מכשול, כי הזרם יכול להיות מוגבר מיליוני פעמים. כיום ידוע שלגבישים מסוימים יש אפקט פיזואלקטרי משמעותי מאוד. ואת הזרם המתקבל מהם ניתן להעביר על חוטים למרחקים ארוכים, גם ללא הגברה מוקדמת.

גבישים פיזואלקטריים שימשו בזיהוי פגמים על-קוליים כדי לזהות פגמים במוצרי מתכת. בממירים אלקטרומכניים לייצוב תדרי רדיו, במסננים של תקשורת טלפונית רב ערוצית כאשר מספר שיחות מתנהלות בו זמנית על חוט אחד, ב חיישני לחץ ורווח, במתאמים, ב הלחמה קולית - בתחומים טכניים רבים, גבישים פיזואלקטריים תפסו את עמדתם הבלתי מעורערת.

תכונה חשובה של גבישים פיזואלקטריים הייתה גם אפקט פיזואלקטרי הפוך... אם יופעלו מטענים של סימנים מנוגדים על משטחים מסוימים של הגביש, אז הגבישים עצמם יעוותו במקרה זה.אם מופעלים רעידות חשמליות של תדר שמע על גביש, הוא יתחיל לרטוט באותו תדר וגלי קול יתרגשו באוויר שמסביב. אז אותו גביש יכול לשמש גם כמיקרופון וגם כרמקול.

תכונה נוספת של גבישים פיזואלקטריים הופכת אותם לחלק בלתי נפרד מטכנולוגיית הרדיו המודרנית. בעל התדר הטבעי של תנודות מכניות, הקריסטל מתחיל לרטוט חזק במיוחד ברגע שבו התדירות של מתח החילופין המופעל עולה בקנה אחד איתו.

זהו ביטוי של תהודה אלקטרומכנית, שעל בסיסה נוצרים מייצבים פיזואלקטריים, שבגללם נשמר תדר קבוע במחוללי תנודות מתמשכות.

הם מגיבים בצורה דומה לרעידות מכניות שתדירותן תואמת את תדר הרטט הטבעי של הגביש הפיאזואלקטרי. זה מאפשר לך ליצור מכשירים אקוסטיים הבוחרים מבין כל הצלילים המגיעים אליהם רק את אלו הדרושים למטרה זו או אחרת.

גבישים שלמים אינם נלקחים עבור מכשירים פיזואלקטריים. גבישים נחתכים לשכבות בכיוון קפדני ביחס לצירים הקריסטלוגרפיים שלהם, שכבות אלו עשויות ללוחות מלבניים או עגולים, אשר לאחר מכן מלוטשים לגודל מסוים. עובי הלוחות נשמר בקפידה כי תדירות התהודה של התנודות תלויה בו. לוח אחד או יותר המחוברים בשכבות מתכת על שני משטחים רחבים נקראים אלמנטים פיזואלקטריים.