Der Piezo-Effekt

Inhalt

 

1. Grundlagen

2. Anwendungen

2.1 Feuerzeug
2.2 Ladegerät - Stromgenerator
2.3 Schwingquarz

3. Potential

6. Quellen

 

 

1. Grundlagen

 

Der Piezoeffekt wurde 1880 von den Brüdern Jaque und Pierre Curie entdeckt. Sie fanden bei Versuchen mit Turmalinkristallen heraus, dass bei mechanischer Verformung der Kristalle, eine elektrische Ladung auf der Kristalloberfläche entsteht. Die Menge der elektrischen Ladung verhält sich proportional zur mechanischen Beanspruchung.

Durch die Verformung bilden sich mikroskopisch kleine Dipole*1 in den Elementarzellen*2  des Kristall. Da der Kristall auf sehr vielen Elementarzellen  besteht, summieren sich die geringer Einzelspannungen zu einer messbaren Spannung am Kristall auf.

*1 - Ein Dipol können sie sich extrem vereinfacht als kleiner Kondensator vorstellen, der Energie enthält.

*2 - Eine Elementarzelle kann man sich als kleine geometrisch angeordnete Atomstruktur vorstellen. Stellen Sie sich eine Palette mit Backsteinen vor. Dann wäre die ganze Palette der Kristall und jeder einzelne Backstein eine Elementarzelle.

 

 

2. Anwendungen

Der Piezoeffekt wurde in den letzten Jahrzehnten nur in wenigen Anwendungen genutzt. Aufgrund des gestiegenen Umweltbewusstseins wird er gerade wieder entdeckt, da durch ihn mit einfachen mechanischen Druck, Strom ausgekoppelt werden kann. Die wichtigsten Anwendungen werden nachfolgend beschrieben.

 

 

2.1 Feuerzeug

In den meisten heute zu kaufenden Feuerzeugen steckt ein kleiner Piezokristall. Durch den Druck auf das Feuerzeug wird das Gasventil geöffnet und gleichzeitig ein kleiner Piezokristall zusammengedrückt.

 

Die negative Elektrode ist mit der Gasausströmdüse verbunden. Die positive Elektrode wird über einen Draht nahe an das ausströmende Gas und die Ausströmdüse herangeführt.

 

Vergleichbar einen Zündkerze im Auto, wird nach dem Drücken die Hochspannung so groß, dass es zu einem elektrischen Funken kommt der das ausströmende Gas entzündet.

 

 

2.2 Ladegerät - Stromgenerator

Beim laufen wird bei jedem Schritt am menschlichen Fuß ein Druck auf die Schuhsohle aufgebaut. Dieser kontinuierliche Druck kann genutzt werden, um mechanische in elektrische Energie umzuwandeln. Die Industrie erschließt seit ein paar Jahren diese Einsatzgebiete und entwickelt spezielle Schuhe und Schuhsohlen, die diese Laufenergie in Strom umwandeln.

 

Auch wenn die Ausbeute nicht sehr hoch ist, reicht sie doch aus, um beim laufen ein Handy aufzuladen oder einen MP3-Player zu betreiben.

Es gibt Diskotheken, in denen der Boden aus mehreren Einzelplatten mit  Piezoelementen besteht. Diese leiten die elektrische Energie weiter an eine Ladeschaltung. Mit diesem gewonnenen Strom kann ein kleiner Teil der Beleuchtung in der Diskothek kostenlos gespeist werden. Somit wird der Beat der uns zum tanzen bringt, wirksam in elektrische Energie umgewandelt.


2.3 Schwingquarz

Ein Quarzkristall erzeugt nicht nur Energie wenn er mechanisch belastet wird. Er kann auch anders herum betrieben werden, indem er durch anlegen einer Spannung in mechanische Vibration versetzt wird.

 

Der Kristall hat durch seine genaue Struktur eine spezifische Resonanzfrequenz mit der er schwingt. Wird der Kristall nun von außen mit dieser Frequenz in einem Schwingkreis verbaut, ergibt sich ein sehr präziser Oszillator, der in Uhren, Computer und anderen Geräten zum Einsatz kommt.

 

 

3. Potential

 

Ich denke das mehr Potential in Kristallen steckt, und der Piezoeffekt von Kristallen weitreichender genutzt werden kann als bisher bekannt.

 

Nehmen wir an, dass hochfrequente im GHz-THz-Bereich vorhandene mechanische Raumenergie (Hyperschall) vorhanden, runtertransformiert und durch geeignete Aufbauten wie Pyramiden gebündelt werden kann.

Kombinieren wir Dies mit der Eigenschaft von Kristallen, Energie unter mechanischer Belastung abzugeben. Dann müsste es möglich sein Raumenergie in Strom umzuwandeln.

 

Einige dieser Ansätze werden unter Kristalltechnologieansätze beschrieben.