Jak fungují piezoelektrické krystaly?

Některé krystaly, jako je křemen, jsou piezoelektrické. To znamená, že při stlačení nebo nárazu generují elektrický náboj. Funguje to i jinak: Pokud protékáte elektrický proud piezoelektrickým krystalem, krystal mírně změní tvar. Díky této vlastnosti jsou piezoelektrické krystaly užitečné v mnoha aplikacích.

Jedním z nejdůležitějších použití piezoelektřiny jsou křemenné hodiny a časovače. Krystal křemene bude vibrovat určitou rychlostí, v závislosti na jeho velikosti. Když krystal vibruje tam a zpět, generuje elektrické pulsy. Křemenné hodiny používají malý krystal broušený na přesnou velikost, aby si udržely čas. Obvod zvaný oscilátor udržuje křemenný krystal vibrující přidáváním elektřiny do jeho pulsů. Hodiny počítají počet pulzů, které křemenný krystal vytváří, a používají jej jako základ pro měření sekund, minut a hodin.

Piezoelektrická zařízení lze použít jak k zachycení zvuku, tak k jeho výrobě. Piezoelektrické snímače se běžně používají pro lidové kytary a jiné akustické nástroje. Piezo snímač je pás piezoelektrického materiálu připojený ke dvěma vodičům. Snímač je připojen k přístroji. Při hraní na nástroj vibruje zvuk. Tyto vibrace vytvářejí elektrický proud v piezo snímači, který lze zaznamenat nebo zesílit jako zvuk.

Piezoelektrický reproduktor funguje opačně. Elektřina proudí do listu piezoelektrického materiálu, takže se ohýbá tam a zpět. To vytváří ve vzduchu tlakové vlny, které slyšíme jako zvuk.

Jednou z nejviditelnějších aplikací piezoelektřiny je piezoelektrický zapalovač. Téměř jakýkoli zapalovač s tlačítkem je napájen piezoelektřinou. Když stisknete tlačítko, způsobí to, že se z povrchu piezo krystalu zvedne malé pružinové kladivo. Když kladivo dosáhne vrcholu, uvolní se a zasáhne krystal, když se zapne plyn. Náraz vytváří velké napětí na krystalu, které proudí do dvou drátů. Toto napětí je dostatečně vysoké, aby vytvořilo jiskru mezi dráty, která zapálí plyn. Piezo zapalovače se nyní používají také na většině plynových pecí a kamen.