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Der piezoelektrische Effekt
Bestimmte Kristalle wie Quarz sind piezoelektrisch. Das heißt, wenn sie zusammengedrückt oder angeschlagen werden, erzeugen sie eine elektrische Ladung. Das funktioniert auch in umgekehrter Richtung: Wenn Sie einen piezoelektrischen Kristall mit elektrischem Strom durchfließen lassen, ändert sich die Form des Kristalls geringfügig. Diese Eigenschaft macht piezoelektrische Kristalle in vielen Anwendungen nützlich.
Quarzuhren
Eine der wichtigsten Anwendungen der Piezoelektrizität sind Quarzuhren und Timer. Ein Quarzkristall vibriert in Abhängigkeit von seiner Größe mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Während der Kristall hin und her schwingt, erzeugt er elektrische Impulse. Eine Quarzuhr verwendet einen kleinen Kristall, der auf eine genaue Größe zugeschnitten ist, 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 Impulse, die der Quarz macht, und misst auf dieser Basis Sekunden, Minuten und Stunden.
Akustische Verwendungen
Piezoelektrische Geräte können sowohl zum Erfassen als auch zum Produzieren von Ton verwendet werden. Piezoelektrische Tonabnehmer werden üblicherweise für Volksgitarren und andere akustische Instrumente verwendet. Ein Piezo-Aufnehmer ist ein Streifen aus piezoelektrischem Material, der mit zwei Drähten verbunden ist. Der Tonabnehmer ist am Instrument befestigt. Wenn das Instrument gespielt wird, lässt der Klang es vibrieren. Diese Vibrationen erzeugen im Piezo-Tonabnehmer einen elektrischen Strom, der als Schall aufgezeichnet oder verstärkt werden kann.
Ein Piezo-Lautsprecher funktioniert in umgekehrter Reihenfolge. Der Strom fließt in eine Folie aus piezoelektrischem Material, die sich hin und her biegt. Dadurch entstehen Druckwellen in der Luft, die wir als Schall hören.
Piezo Feuerzeuge
Eine der sichtbarsten Anwendungen der Piezoelektrizität ist das Piezo-Feuerzeug. So gut wie jedes Feuerzeug mit Druckknopf wird durch Piezoelektrizität angetrieben. Wenn Sie den Knopf drücken, hebt sich ein kleiner, federbelasteter Hammer von 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 einen Funken zwischen den Drähten zu erzeugen, der das Gas entzündet. Piezozünder werden heute auch in den meisten Gasöfen und Herden eingesetzt.