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Piezoelektrizität

Eine Eigenschaft, bei der sich ein Mineral durch mechanischen Druck elektrisch auflädt (griech.: piezein - drücken).

Materialien wie z.B. Quarz oder Turmalin "erzeugen" durch Verformung eine Spannung.

Grundvoaussetzung für einen piezoelektrischen Effekt ist das Fehlen eines Inversionszentrums in der Symmetrie des Kristalls. Nur so kann sich durch den Druck, genauer gesagt die mechanische Spannung, ein elektrisches Feld aufbauen. Der Umkehrschluss, aus einem fehlenden Piezoeffekt auf das Vorhandensein eines Inversionszentrums zu schliessen ist nicht zulässig. Die entsprechenden Materialkonstanten können einfach gleich null sein.

Durch den mechanischen Druck werden die elektrisch neutralen Kristalle derart verformt, dass elektrische Dipole in den Einheitszellen entstehen. Diese Effekte nennt man Piezoelektrizität. Piezoelektrizität wurde 1819 von Antoine César Becquerel entdeckt und 1880 von den Brüdern Curie beschrieben und auf die Kristallstruktur zurückgeführt. Je nach Kristallgitter reagieren die Mineralien auch bei Erwärmung mit einem elektrischen Feld, siehe Pyroelektrizität. Dort muss dann aber im GEgensatz zum Piezoeffekt eine spontane Polarisierung im Kristall vorliegen.

Das Prinzip funktioniert aber auch in die andere Richtung, aus elektrischer Spannung wird Druck. Das wird für Schwingquarze, Sensoren und Lautsprecher ausgenutzt. Heutzutage gibt es piezoelektrische Feuerzeuge, die durch Druck auf einen Quarzkristall eine Spannung von etwa 15 kV erzeugen und damit Gas durch eine Entladung zünden. Weiter wichtige Anwendungen sind Piezo-Einspritzungen, die wesentlich schneller als herkömmliche Einspritzungen. Auch im militärischem Bereich werden piezoelektrische Systeme z.B. zur U-Boot Tarnung gegen aktives Sonar eingesetzt.


Quellangaben


Einordnung