압전 효과란?
압전 효과는 특정 재료가 기계적 압력을 받았을 때 전기적 충전을 생성할 수 있는 능력을 말합니다. 이러한 재료에서 전자들은 힘의 방향으로 궤도에서 벗어날 수 있습니다. 전자들은 재료의 한 쪽에서 떠나 반대편에 축적되어 양극과 음극이 재료의 반대편에 형성됩니다. 압전 효과에는 두 가지 유형이 있습니다: 직접 효과와 역효과입니다.
직접 압전 효과와 역 압전 효과
직접 압전 효과는 기계적 변형을 전기적 충전으로 변환하는 현상입니다. 예를 들어, 올바르게 적용된 2kN의 힘으로 1cm3의 석영 큐브는 12500V의 전압을 생성할 수 있습니다. 반면, 역 압전 효과는 적용된 전기적 잠재력을 기계적 변형으로 변환합니다. 따라서 전기장을 적용하여 재료의 팽창이나 수축을 유도할 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
압전 효과의 응용
예를 들어, 납 지르코네이트 타이타네이트 결정체는 원래 크기의 약 0.1%만큼 구조가 변형될 때 측정 가능한 압전성을 발생시킵니다. 반대로, 외부 전기장이 적용되면 이러한 결정체는 원래 정적 크기의 약 0.1% 변화합니다. 역 압전 효과는 초음파 파동의 생성에 사용됩니다.
가장 잘 알려진 애플리케이션은 전기 라이터입니다. 버튼을 누르면 스프링으로 작동하는 망치가 압전 결정을 치고, 이로 인해 충분히 높은 전압의 전류가 작은 스파크 갭을 통해 흐르게 되어 가스를 가열하고 점화합니다. 현대 디젤 엔진에서 역 압전 효과의 일반적인 응용은 연료 분사기에 있습니다. 이들 연료 분사기는 압전 작동 메커니즘과 작동 메커니즘의 상태 및 관련 연료 레일을 측정하기 위한 센서 구성을 포함합니다.
결론
압전 효과는 재료 과학에서 중요한 현상으로, 다양한 고급 기술의 발전에 기여하고 있습니다. 직접 압전 효과와 역 압전 효과의 이해는 전기적 신호와 기계적 변형 사이의 상호 작용을 조작하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 원리는 과학과 기술의 여러 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공합니다.
