เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกและการประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยี

ในปี 1880 สองพี่น้อง Jacques และ Pierre Curie ค้นพบว่าเมื่อคริสตัลธรรมชาติบางชนิดถูกบีบอัดหรือยืดออก ประจุไฟฟ้าจะเกิดขึ้นที่ขอบของคริสตัล พี่น้องเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า "piezoelectricity" (คำภาษากรีก "piezo" แปลว่า "กด") และพวกเขาเองก็เรียกผลึกดังกล่าวว่า piezoelectric crystals

เมื่อปรากฎว่า ผลึกทัวร์มาลีน ควอตซ์ และคริสตัลธรรมชาติอื่น ๆ รวมถึงคริสตัลที่ปลูกขึ้นเองจำนวนมาก มีผลเพียโซอิเล็กทริก คริสตัลดังกล่าวจะถูกเพิ่มเข้าไปในรายการคริสตัลเพียโซอิเล็กทริกที่รู้จักกันอยู่แล้วเป็นประจำ

เมื่อคริสตัลเพียโซอิเล็กทริกดังกล่าวถูกยืดหรือบีบอัดในทิศทางที่ต้องการ ประจุไฟฟ้าตรงข้ามที่มีความต่างศักย์เล็กน้อยจะปรากฏบนพื้นผิวบางส่วน

หากเราวางอิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกันบนหน้าเหล่านี้ ในขณะที่มีการบีบหรือยืดคริสตัล แรงกระตุ้นไฟฟ้าสั้น ๆ จะปรากฏขึ้นในวงจรที่เกิดจากอิเล็กโทรดนี่จะเป็นการรวมตัวกันของเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก... ที่ความดันคงที่ แรงกระตุ้นดังกล่าวจะไม่เกิดขึ้น

คุณสมบัติโดยธรรมชาติของคริสตัลเหล่านี้ทำให้สามารถผลิตเครื่องดนตรีที่แม่นยำและละเอียดอ่อนได้

คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกมีความยืดหยุ่นสูง เมื่อแรงเปลี่ยนรูป คริสตัลจะกลับสู่ปริมาตรและรูปร่างเดิมโดยไม่มีความเฉื่อย มันคุ้มค่าที่จะพยายามอีกครั้งหรือเปลี่ยนแปลงสิ่งที่ใช้ไปแล้ว และจะตอบสนองทันทีด้วยแรงกระตุ้นใหม่ในปัจจุบัน เป็นเครื่องบันทึกที่ดีที่สุดสำหรับการเข้าถึงการสั่นสะเทือนเชิงกลที่อ่อนแอมาก กระแสในวงจรของคริสตัลที่สั่นสะเทือนนั้นมีขนาดเล็กและสิ่งนี้เป็นอุปสรรค์ในระหว่างการค้นพบเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกโดยพี่น้องคูรี

ในเทคโนโลยีสมัยใหม่สิ่งนี้ไม่ใช่อุปสรรคเพราะปัจจุบันสามารถขยายได้หลายล้านครั้ง เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าคริสตัลบางชนิดมีผลเพียโซอิเล็กทริกที่สำคัญมาก และกระแสที่ได้รับจากพวกมันสามารถส่งผ่านสายไฟในระยะทางไกลได้ แม้จะไม่มีการขยายสัญญาณล่วงหน้าก็ตาม

มีการใช้คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกในการตรวจจับข้อบกพร่องแบบอัลตราโซนิกเพื่อตรวจจับข้อบกพร่องในผลิตภัณฑ์โลหะ ในตัวแปลงระบบเครื่องกลไฟฟ้าสำหรับการปรับความถี่วิทยุให้เสถียร ในตัวกรองของการสื่อสารทางโทรศัพท์แบบหลายช่องสัญญาณ เมื่อมีการสนทนาหลายรายการพร้อมกันในสายเดียว เซ็นเซอร์ความดันและเกน, ในอะแดปเตอร์, ที่ การบัดกรีแบบอัลตราโซนิก — ในด้านเทคนิคมากมาย ผลึกเพียโซอิเล็กทริกอยู่ในตำแหน่งที่ไม่สั่นคลอน

คุณสมบัติที่สำคัญของผลึกเพียโซอิเล็กทริกก็คือผลย้อนกลับของเพียโซอิเล็กทริก... หากประจุของสัญญาณตรงกันข้ามถูกนำไปใช้กับพื้นผิวบางส่วนของคริสตัล ในกรณีนี้ตัวผลึกเองจะผิดรูปหากใช้การสั่นสะเทือนทางไฟฟ้าของความถี่เสียงกับคริสตัล คริสตัลจะเริ่มสั่นด้วยความถี่เดียวกันและคลื่นเสียงจะตื่นเต้นในอากาศโดยรอบ ดังนั้นคริสตัลชนิดเดียวกันจึงสามารถทำหน้าที่เป็นทั้งไมโครโฟนและลำโพงได้

คุณสมบัติอีกประการหนึ่งของผลึกเพียโซอิเล็กทริกทำให้พวกเขาเป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีวิทยุสมัยใหม่ คริสตัลมีความถี่ตามธรรมชาติของการสั่นสะเทือนทางกล คริสตัลเริ่มสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงเวลาที่ความถี่ของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้เกิดขึ้นพร้อมกัน

นี่คือการรวมตัวกันของเรโซแนนซ์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าบนพื้นฐานของการสร้างเสถียรภาพเพียโซอิเล็กทริกเนื่องจากความถี่คงที่ถูกรักษาไว้ในเครื่องกำเนิดของการสั่นอย่างต่อเนื่อง

พวกเขาตอบสนองในลักษณะเดียวกันกับการสั่นสะเทือนทางกลซึ่งมีความถี่ตรงกับความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของคริสตัลเพียโซอิเล็กทริก สิ่งนี้ช่วยให้คุณสร้างอุปกรณ์อะคูสติกที่เลือกจากเสียงทั้งหมดที่เข้าถึงได้เฉพาะเสียงที่จำเป็นสำหรับวัตถุประสงค์ใดวัตถุประสงค์หนึ่งเท่านั้น

คริสตัลทั้งหมดไม่ได้ถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก คริสตัลถูกเจียระไนเป็นชั้นๆ ตามแกนคริสตัลโลกราฟ เลเยอร์เหล่านี้ถูกสร้างเป็นแผ่นสี่เหลี่ยมหรือวงกลม จากนั้นจึงนำไปขัดให้มีขนาดที่แน่นอน ความหนาของเพลตได้รับการบำรุงรักษาอย่างระมัดระวังเนื่องจากความถี่เรโซแนนซ์ของการสั่นนั้นขึ้นอยู่กับความหนานั้น แผ่นอย่างน้อยหนึ่งแผ่นที่เชื่อมต่อด้วยชั้นโลหะบนพื้นผิวกว้างสองด้านเรียกว่าองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริก