Wie funktionieren piezoelektrische Kristalle?

Bestimmte Kristalle wie Quarz sind piezoelektrisch. Das heißt, wenn sie zusammengedrückt oder geschlagen werden, erzeugen sie eine elektrische Ladung. Es funktioniert auch andersherum: Lässt man einen elektrischen Strom durch einen piezoelektrischen Kristall, verändert der Kristall leicht seine Form. Diese Eigenschaft macht piezoelektrische Kristalle für viele Anwendungen nützlich.

Eine der wichtigsten Anwendungen der Piezoelektrizität ist in Quarzuhren und Timern. Ein Quarzkristall schwingt je nach Größe mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Wenn der Kristall hin und her schwingt, erzeugt er elektrische Impulse. Eine Quarzuhr verwendet einen kleinen Kristall, der auf eine genaue Größe geschliffen wurde, um die Zeit zu halten. Ein als Oszillator bezeichneter Schaltkreis hält den Quarzkristall in Schwingung, indem er seinen Impulsen Elektrizität hinzufügt. Die Uhr zählt die Anzahl der Pulse des Quarzes und verwendet diese als Grundlage für die Messung von Sekunden, Minuten und Stunden.

Piezoelektrische Geräte können sowohl zur Aufnahme als auch zur Erzeugung von Schall verwendet werden. Piezoelektrische Tonabnehmer werden häufig für Folk-Gitarren und andere akustische Instrumente verwendet. Ein Piezo-Pickup ist ein Streifen aus piezoelektrischem Material, der mit zwei Drähten verbunden ist. Der Tonabnehmer ist am Instrument befestigt. Wenn das Instrument gespielt wird, lässt es der Klang vibrieren. Diese Schwingungen erzeugen im Piezo-Tonabnehmer einen elektrischen Strom, der aufgezeichnet oder als Ton verstärkt werden kann.

Ein Piezo-Lautsprecher funktioniert umgekehrt. Elektrizität fließt in eine Platte aus piezoelektrischem Material, wodurch sie sich hin und her biegt. Dadurch entstehen Druckwellen in der Luft, die wir als Schall hören.

Eine der sichtbarsten Anwendungen der Piezoelektrizität ist das Piezo-Feuerzeug. So ziemlich jedes Feuerzeug mit Druckknopf wird mit Piezoelektrizität betrieben. Wenn Sie den Knopf drücken, hebt sich ein kleiner, federbetriebener Hammer aus der Oberfläche des Piezokristalls. Wenn der Hammer die Spitze erreicht, löst er sich und schlägt beim Einschalten des Gases auf den Kristall. Der Aufprall erzeugt eine große Spannung über dem Kristall, die in zwei Drähte fließt. Diese Spannung ist hoch genug, um zwischen den Drähten einen Funken zu erzeugen, der das Gas entzündet. Piezo-Zünder werden mittlerweile auch bei den meisten Gasöfen und Öfen verwendet.