Efek piezoelektrik dan penerapannya dalam teknologi
Pada tahun 1880, saudara-saudara Jacques dan Pierre Curie menemukan bahwa ketika kristal alami tertentu dikompresi atau diregangkan, muatan listrik muncul di tepi kristal. Saudara-saudara menyebut fenomena ini "piezoelektrik" (kata Yunani "piezo" berarti "menekan"), dan mereka sendiri menyebut kristal semacam itu kristal piezoelektrik.
Ternyata, kristal turmalin, kuarsa, dan kristal alami lainnya, serta banyak kristal yang ditanam secara artifisial, memiliki efek piezoelektrik. Kristal semacam itu secara teratur ditambahkan ke daftar kristal piezoelektrik yang sudah dikenal.
Ketika kristal piezoelektrik seperti itu diregangkan atau dikompresi ke arah yang diinginkan, muatan listrik yang berlawanan dengan perbedaan potensial kecil muncul di beberapa permukaannya.
Jika kita menempatkan elektroda yang terhubung satu sama lain pada permukaan ini, maka pada saat kristal dikompresi atau diregangkan, impuls listrik pendek akan muncul di sirkuit yang dibentuk oleh elektroda.Ini akan menjadi manifestasi dari efek piezoelektrik... Pada tekanan konstan, impuls seperti itu tidak akan terjadi.
Sifat yang melekat pada kristal ini memungkinkan untuk menghasilkan instrumen yang tepat dan sensitif.
Kristal piezoelektrik sangat elastis. Ketika gaya berubah bentuk, kristal kembali ke volume dan bentuk aslinya tanpa inersia. Layak untuk mencoba lagi atau mengubah apa yang telah diterapkan, dan itu akan segera merespons dengan dorongan arus baru. Ini adalah perekam terbaik untuk mencapai getaran mekanis yang sangat lemah. Arus di sirkuit kristal yang bergetar kecil dan ini merupakan batu sandungan selama penemuan efek piezoelektrik oleh Curie bersaudara.
Dalam teknologi modern, hal ini tidak menjadi kendala, karena arus dapat diamplifikasi jutaan kali lipat. Sekarang diketahui bahwa kristal tertentu memiliki efek piezoelektrik yang sangat signifikan. Dan arus yang diperoleh dari mereka dapat ditransmisikan melalui kabel jarak jauh, bahkan tanpa amplifikasi sebelumnya.
Kristal piezoelektrik telah digunakan dalam deteksi cacat ultrasonik untuk mendeteksi cacat pada produk logam. Dalam konverter elektromekanis untuk stabilisasi frekuensi radio, dalam filter komunikasi telepon multisaluran ketika beberapa percakapan dilakukan secara bersamaan pada satu kabel, di sensor tekanan dan penguatan, di adaptor, di solder ultrasonik — di banyak bidang teknis, kristal piezoelektrik telah mengambil posisi yang tak tergoyahkan.
Sifat penting dari kristal piezoelektrik juga merupakan efek piezoelektrik terbalik. Jika muatan dengan tanda berlawanan diterapkan pada permukaan kristal tertentu, maka kristal itu sendiri akan berubah bentuk dalam kasus ini.Jika getaran listrik dari frekuensi audio diterapkan pada kristal, ia akan mulai bergetar pada frekuensi yang sama dan gelombang suara akan tereksitasi di udara sekitar. Jadi kristal yang sama dapat berfungsi sebagai mikrofon dan speaker.
Fitur lain dari kristal piezoelektrik menjadikannya bagian integral dari teknologi radio modern. Memiliki frekuensi alami dari getaran mekanis, kristal mulai bergetar sangat kuat pada saat frekuensi tegangan bolak-balik yang diterapkan bertepatan dengannya.
Ini adalah manifestasi dari resonansi elektromekanis, yang menjadi dasar pembuatan stabilisator piezoelektrik, yang karenanya frekuensi konstan dipertahankan dalam generator osilasi kontinu.
Mereka merespons dengan cara yang mirip dengan getaran mekanis yang frekuensinya sesuai dengan frekuensi getaran alami kristal piezoelektrik. Ini memungkinkan Anda membuat perangkat akustik yang memilih dari semua suara yang menjangkau mereka hanya yang diperlukan untuk satu tujuan atau lainnya.
Seluruh kristal tidak diambil untuk perangkat piezoelektrik. Kristal dipotong menjadi lapisan-lapisan yang diorientasikan secara ketat sehubungan dengan sumbu kristalografinya, lapisan-lapisan ini dibuat menjadi pelat persegi panjang atau bundar, yang kemudian dipoles hingga ukuran tertentu. Ketebalan pelat dijaga dengan hati-hati karena frekuensi resonansi osilasi bergantung padanya. Satu atau lebih pelat yang dihubungkan oleh lapisan logam pada dua permukaan lebar disebut elemen piezoelektrik.