圧電効果とは
圧電効果とは、特定の材料が機械的なストレスを受けたときに電気荷を発生させる能力のことです。このような材料では、力の方向に電子が軌道から押し出されます。電子は材料の一方の側から離れて他方の側に蓄積し、反対側に正と負の電荷を構築します。圧力が解放されると、電子はその軌道に戻ります。ある材料は曲げ圧力に反応し、他の材料はねじれ圧力に反応します。この電圧の生成は圧電効果として知られています。
圧電効果のタイプ
圧電効果には二つのタイプがあります：
- 直接圧電効果：これは、機械的な歪みを電気荷に変換する現象です。例えば、正しく2kNの力が適用された1cm3の石英の立方体は、12500Vの電圧を生産することができます。
- 逆圧電効果：このタイプは、適用された電気ポテンシャルを機械的な歪みに変換します。したがって、電場を適用することで、材料の拡張や収縮を引き起こすことができます。
圧電効果の例と応用
例えば、鉛ジルコン酸チタン結晶は、その静的構造が元の寸法の約0.1%変形すると、測定可能な圧電性を発生します。逆に、外部電場が適用されると、これらの同じ結晶はその静的寸法の約0.1%を変更します。逆圧電効果は、超音波波の生成に使用されます。
最もよく知られている応用例は電気ライターです。ボタンを押すと、バネ式のハンマーが圧電結晶を打ち、十分に高い電圧の電流が小さなスパークギャップを横切って流れ、ガスを加熱して点火します。逆圧電効果の一般的な応用は、現代のディーゼルエンジンです。その燃料噴射器は、圧電アクチュエーション機構と、アクチュエーション機構の状態および関連する燃料レールを測定するセンサー構成を含んでいます。
