Pietsosähköinen efekti ja sen soveltaminen tekniikassa
Vuonna 1880 veljekset Jacques ja Pierre Curie huomasivat, että kun tiettyjä luonnonkiteitä puristettiin tai venytettiin, kiteiden reunoihin nousi sähkövarauksia. Veljet kutsuivat tätä ilmiötä "pietsosähköisyydeksi" (kreikan sana "piezo" tarkoittaa "puristaa"), ja he itse kutsuivat tällaisia kiteitä pietsosähköisiksi kiteiksi.
Kuten kävi ilmi, turmaliinikiteillä, kvartsilla ja muilla luonnonkiteillä sekä monilla keinotekoisesti kasvatetuilla kiteillä on pietsosähköinen vaikutus. Tällaisia kiteitä lisätään säännöllisesti jo tunnettujen pietsosähköisten kiteiden luetteloon.
Kun tällaista pietsosähköistä kidettä venytetään tai puristetaan haluttuun suuntaan, joillekin sen pinnoille ilmaantuu vastakkaisia sähkövarauksia pienellä potentiaalierolla.
Jos asetamme näille pinnoille toisiinsa kytketyt elektrodit, niin kiteen puristus- tai venytyshetkellä elektrodien muodostamaan piiriin ilmestyy lyhyt sähköinen impulssi.Tämä on pietsosähköisen vaikutuksen ilmentymä... Vakiopaineessa tällaista impulssia ei tapahdu.
Näiden kiteiden luontaiset ominaisuudet mahdollistavat tarkkojen ja herkkien instrumenttien valmistamisen.
Pietsosähköinen kide on erittäin joustava. Kun voima muuttaa muotoaan, kide palaa alkuperäiseen tilavuuteensa ja muotoonsa ilman inertiaa. Kannattaa ponnistella uudelleen tai muuttaa jo sovellettua, ja se vastaa välittömästi uudella virtaimpulssilla. Se on paras tallennin erittäin heikkojen mekaanisten tärinöiden saavuttamiseen. Virta värähtelevän kiteen piirissä on pieni, ja tämä oli kompastuskivi, kun Curien veljekset löysivät pietsosähköisen ilmiön.
Nykytekniikassa tämä ei ole este, koska virtaa voidaan vahvistaa miljoonia kertoja. Nyt tiedetään, että tietyillä kiteillä on erittäin merkittävä pietsosähköinen vaikutus. Ja niistä saatu virta voidaan siirtää johtojen kautta pitkiä matkoja jopa ilman ennakkovahvistusta.
Pietsosähköisiä kiteitä on käytetty ultraäänivirheiden havaitsemisessa metallituotteiden vikojen havaitsemiseksi. Radiotaajuuden stabilointiin tarkoitetuissa sähkömekaanisissa muuntimissa, monikanavaisen puhelinliikenteen suodattimissa, kun useita keskusteluja käydään samanaikaisesti yhdellä johdolla, paine- ja vahvistusanturit, sovittimissa osoitteessa ultraäänijuotto — Monilla tekniikan aloilla pietsosähköiset kiteet ovat ottaneet horjumattoman asemansa.
Tärkeä pietsosähköisten kiteiden ominaisuus oli myös käänteinen pietsosähköinen vaikutus... Jos kiteen tietyille pinnoille kohdistetaan vastakkaisia merkkejä, kiteet itse muuttuvat tässä tapauksessa.Jos kiteen kohdistuu äänitaajuuden sähköisiä värähtelyjä, se alkaa värähdellä samalla taajuudella ja ääniaallot virittyvät ympäröivään ilmaan. Joten sama kristalli voi toimia sekä mikrofonina että kaiuttimena.
Toinen pietsosähköisten kiteiden ominaisuus tekee niistä olennaisen osan nykyaikaista radiotekniikkaa. Mekaanisten värähtelyjen luonnollisen taajuuden omaavana kide alkaa värähdellä erityisen voimakkaasti sillä hetkellä, kun käytetyn vaihtojännitteen taajuus osuu siihen.
Tämä on sähkömekaanisen resonanssin ilmentymä, jonka perusteella luodaan pietsosähköisiä stabilisaattoreita, joiden ansiosta jatkuvan värähtelyn generaattoreissa ylläpidetään vakiotaajuutta.
Ne reagoivat samalla tavalla mekaanisiin värähtelyihin, joiden taajuus vastaa pietsosähköisen kiteen luonnollista värähtelytaajuutta. Näin voit luoda akustisia laitteita, jotka valitsevat kaikista niitä saavuttavista äänistä vain ne, joita tarvitaan johonkin tarkoitukseen.
Kokonaisia kiteitä ei oteta pietsosähköisissä laitteissa. Kiteet leikataan kerroksiin, jotka on tiukasti suunnattu niiden kristallografisten akselien suhteen, näistä kerroksista tehdään suorakaiteen tai pyöreän muotoisia levyjä, jotka sitten kiillotetaan tiettyyn kokoon. Levyjen paksuutta pidetään huolellisesti yllä, koska värähtelyjen resonanssitaajuus riippuu siitä. Yhtä tai useampaa levyä, jotka on yhdistetty metallikerroksilla kahdelle leveälle pinnalle, kutsutaan pietsosähköisiksi elementeiksi.