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NachrichtenLexikonProtokolleBücherForenMontag, 29. Dezember 2015 

Piezoelektrischer Effekt


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Beim Piezoelektrischen Effekt entsteht bei Ausübung von Druck auf einen besonderen Kristall eine elektrische Spannung . Die umgekehrte Erscheinung eine Geometrieänderung bei einer elektrischer Spannung wird als inverser piezoelektrischer bezeichnet. Der piezoelektrische Effekt ist physikalisch eng mit dem piezoresistiven Effekt.

Die Piezoelektrizität wird beschrieben durch die Koeffizienten. Man unterscheidet zwischen piezoelektrischen Verzerrungskoeffizienten die Reaktion der Verzerrung auf das elektrische Feld beschreiben
<math>d_{ij k} = \frac{\partial \epsilon_{ij}}{\partial E_k}</math>
und piezoelektrischen Spannungskoeffizienten die die Reaktion mechanischen Spannung auf das elektrische Feld beschreiben
<math>e_{ij k} = \frac{\partial \sigma_{ij}}{\partial E_k}</math>.
Die beiden Koeffizienten hängen über die elastischen Konstanten zusammen:
<math>e_{ij k} = \sum_{lm} C_{ijlm} d_{lm
Effekte zweiter Ordnung werden durch die elektrostriktiven Koeffizienten beschrieben.

Der Piezoelektrische Effekt läßt sich wie erklären: Wird makroskopisch auf einen Kristall Druck führt dies mikroskopisch zu einer Dipolbildung innerhalb einer Elementarzelle . Die Aufsummierung über alle Elementarzellen des führt zu einer makroskopisch messbaren elektrischen Spannung . Entsprechend führt beim inversen piezoelektrischen Effekt äußere Spannung auf mikroskopischer Ebene zu einer der Gitterkonstanten der Elementarzellen die sich wiederum einer messbaren Längenänderung addieren.

Da beide Effekte gemeinsam in einem auftreten entstehen Schwingungen bei einmaliger äußerer Anregung. Frequenz ist nur von der Schallgeschwindigkeit (eine und der Dicke des Kristalls abhängig.

Der Effekt findet z. B. Anwendung Piezofeuerzeugen in den Schallköpfen von Ultraschallgeräten (siehe Sonografie ) sowie in Beschleunigungs Sensoren . Die Schwingungsfähigkeit von piezoelektrischen Kristallen wird Oszillatoren Resonatoren SAW-Filtern u. v. a. mehr angewendet.

Beispiele für Materialien mit ausgeprägtem piezoelektrischem sind z. B. Quarz und Turmalin .



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