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Piezoelektrischer Effekt

Piezoelektrischer Effekt

 

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Experimental-
Piezoelektrizität ist die Fähigkeit bestimmter Materialien, um eine Spannung zu erzeugen, wenn sie mechanischen Belastungen ausgesetzt. Piezoelektrische Materialien zeigen auch den gegenteiligen Effekt, genannt converse Piezoelektrizität, in dem Anlegen eines elektrischen Feldes erzeugt mechanische Beanspruchung (Größenänderung) im Kristall.
 

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Abbildung 1 Piezoelektrischer Effekt

Die Wirkung als Piezoelektrizität bekannt wurde von den Brüdern Pierre und Jacques Curie entdeckt; sie zeigten, dass Kristalle von Turmalin, Quarz, Topas, Rohrzucker, und Rochelle-Salz (Natriumkaliumtartrat Tetra-Hydrat) erzeugen elektrische Ladung von mechanischer Beanspruchung. Quarz und Seignettesalz zeigten die meisten Piezoelektrizität.
Die Klasse der piezoelektrischen Materialien wurde vergrößert, wenn festgestellt wurde, dass viele andere Materialien zeigen die Wirkung, wie Berlinit (AlPO 4) und Galliumorthophosphat (GaPO4), Keramiken mit Perowskit oder Wolfram-Bronze-Strukturen (BaTiO3, KNbO3, LiNbO3, LiTaO3, BiFeO3, NaxWO3, Ba2NaNb5O5, Pb2KNb5O15). Später wurde festgestellt, dass Polymer-Materialien wie Gummi, Wolle, Haare, Holzfaser und Seide Ausstellungspiezoelektrizität zu einem gewissen Grad. Das Polymer polyvinlidene Fluorid, (-CH2-CF2-) n, aufweist piezoelectricity Mehrfaches größer als Quarz


Hintergrund und heutzutage Erklärung

In einem piezoelektrischen Material, werden die positiven und negativen elektrischen Ladungen getrennt, aber symmetrisch verteilt, so dass der Kristall ist insgesamt elektrisch neutral. Wenn eine Spannung angelegt wird, wird diese Symmetrie zerstört und der Ladungsasymmetrie erzeugt eine Spannung.
Im umgekehrten Effekt, wenn eine äußere Spannung angelegt wird, auf einem solchen Kristall, da die Ladungen im Inneren des Kristalls getrennt sind, wirkt sich die angelegte Spannung verschiedenen Punkten innerhalb des Kristalls verschieden, was die Verzerrung und Größenänderungen.
Der Effekt wurde von Gebrüder Curie bis 1900 untersucht, unter Verwendung eines Elektrometers Quadranten und einen piezoelektrischen Kristall auf einer äußeren Kraft unterworfen wird.
Es wurde als ein Kuriosum, als entdeckt wurde, aber mit der Zeit gewann die Wirkung eine Vielzahl von Anwendungen.
Mit Ausnahme eines Hinter Klassifizierung von piezoelektrischen Stoffe je nach Art oder Kristallsymmetrie wurden keine signifikanten Fortschritte in der Quantenbehandlung für dieses Thema registriert. Die quantenmechanische Theoretiker sind in der Lage, um die Quanten Idee, viel kosmische Phänomene gelten, aber keiner konnte es zu piezoelektrischen Effekt anzuwenden. Berühmte Bücher der Physik oder physikalischen Chemie weglassen das Thema komplett. Vielleicht statt schneiden verlässt den Hunden, einige Theoretiker eine komplette quanten Behandlung dieser einfachen Effekt. Der nachfolgende Text wird ein paar Ideen, die für tatsächliche Theoretiker und für eine Zukunft quantentheoretischen Behandlung zu präsentieren.


Warum die Erklärung ist absurd?

In tatsächlichen orthodoxen Erklärung, ist nicht klar, was bedeutet es, eine Ladungstrennung in einem Kristall, und in denen diese Ladung erzeugt.
In jedem Material (piezoelektrische oder nicht) werden Elektronen auf Kern mit starken elektrischen Kräfte gebunden. Um ein Elektron von einem Atom zu entfernen, ist es notwendig, bei einer bestimmten Atom eine Energie größer als Ionisierungsenergie ergeben. Betrachtet man einen Quarzkristall, das einfach eine Vielzahl von Siliziumdioxid, um eine Ladungstrennung ist es notwendig, die Ware zu einer Ionisierungsenergie größer als 13,6 eV für ein Sauerstoffatom oder größer als 8,15 eV für ein Siliciumatom geben .
Ein einfach zu math (gesamte Demonstration im Buch) zu folgen, wird zeigen, dass Druck von außen ausgeübt wird, auf den Gesichtern von Quarz nicht die Ionisierung von Quarzmaterial zu produzieren.
Die tatsächlichen Physiker nicht in der Lage zu erklären, wie es möglich ist, eine kleinere Energie wie Ionisierungsenergie zu einem Quarzkristall zu liefern, und um eine Ladungstrennung zu erhalten. Vielleicht in der Zwischenzeit ist der Ionisationsprozeß als Ergebnis der Quantentunneleffekt erzeugt wird?
Wir analysieren im Detail dieses mögliche Gebühr Erscheinung und seine Bewegung. Betrachtet man einen Würfel aus einem piezoelektrischen Material, auf der x-Dimension handeln zwei gleiche Kräfte, wie in Abb. 2

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Abbildung 2 Lade Generation in piezoelektrischen Kristall

In dem piezoelektrischen Material eine geringe Anzahl von kompensiert (positive und negative) Ladungen gefunden. Als Ergebnis der externen Kraft, tatsächliche orthodoxe Physik nehme eine Ladungstrennung, aber ... welche Art von Ladung und wo werden sie angezeigt?
Sind die Kosten werden nur angezeigt, an der Oberfläche des Druckmaterials oder sie in gesamte Volumen werben?
Weil die Atome neutral, bevor die mechanische Belastung, muss man an, daß unter Krafteinwirkung eine gleiche Zahl positiver Ladung und negativer Ladung angezeigt werden. In der gleichen Zeit ist es allgemein sinnvoll, den Begriff Unbeweglichkeit der Kern und die Beweglichkeit von Elektronen aufzunehmen.
Nehmen wir an, für den ersten Fall werden die Ladungen nur an die Oberfläche des piezoelektrischen Materials erscheint, wie in 3. In diesem Fall ist auf beiden Seiten des Materials eine gleiche Anzahl von negativen Ladungen für die Leitung zur Verfügung. Ein Voltmeter zwischen diesen Flächen verbunden ist, sollte eine Nullpotentialdifferenz registrieren. Dies ist, weil es keine elektrische Ladung Bewegen in externen Schaltung. Wenn a ,, charge "wird an der Oberfläche des Kristalls erzeugt wird, gleichzeitig wird das Potential der beiden Oberflächen zu modifizieren und keine Potentialdifferenz angezeigt. Das Ergebnis steht im Widerspruch zu experimentieren.

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Abbildung 3 Fall von Oberflächenladungserzeugung

Vielleicht eigentliche Theoretiker sind in der Lage zu zeigen, dass positive Kerne um Kreis reisen?
Eine zweite Möglichkeit hinsichtlich Erzeugung von Ladungen, die in dem gesamten Volumen des piezoelektrischen Materials, wie in fig. 4. Dies ist eine realistischere Vorstellung so weit Kristalle schrumpft unter äußeren Kräften und aufgrund der Abstände zwischen den Atomen Modifikationen ist es normal, anzunehmen, dass Kosten sind im gesamten Kristallvolumen erzeugt.

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Abbildung 4. Bei Volumenladungserzeugung

Mit einer solchen Verteilung, erzeugt ein Elektron irgendwo in einem piezoelektrischen Material, mit einer Energie größer als Ionisierungsenergie, wird sein Kern und lassen .... wird von einem anderen Kern bald angezogen werden. Gibt es eine gleiche Wahrscheinlichkeit für die Elektronen auf einer Oberfläche des Kristalls zu gelangen; wieder sollte keine Potentialdifferenz auf Kristalloberfläche angezeigt.

Natürlich gibt es eine Möglichkeit für die erzeugten Elektronen zu gruppieren und zu einer der Kristalloberfläche zu reisen, aber in diesem Fall tatsächlich Theoretikern sollte einen Mechanismus in der Lage, ein Elektron Gruppierung in einem Bereich des piezoelektrischen Materials zu erzeugen. Für einen gesunden Menschenverstand Hintergrund ist es völlig absurd, zu glauben, dass eine solche Ladungsverteilung ermöglichen eine Gruppierung der positiven Ladung in einem räumlichen Bereich und negative Ladung in einer anderen Region.
In Theorie vorgeschlagen, gibt es keinen Grund für eine Ladungstrennung auf einer Kristalloberfläche und in der Tat, in Wirklichkeit gibt es keine solchen Erscheinungen als Ergebnis einer mechanischen Krafteinwirkung.

Wenn durch absurd wäre eine Ladungstrennung stattfinden, sollte die meisten commen Effekt die Erzeugung eines Emissionsspektren können. Ein Ladungsverschiebung weniger wahrscheinlich ist wie eine Ladung Aussterben aufgrund Rekombination von neu erzeugten Kationen und Elektronen. In diesem Fall wird ein Emissionsspektrum zeigt. 5., sollte jedes Mal als Ergebnis der Piezoelektrizität zu beachten.

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Abb. 5. Emmisionsspektren aufgrund Aussterben aufladen

Ein weiteres Problem bezieht sich auf: Wie der piezoelektrische Effekt passt mit Quantenhypothese?
Ähnlich wie bei anderen gut bekannten Physik Wirkung (Photoeffekt), wenn die Quantenhypothese gilt, sollte die Potentialdifferenz werden nur angezeigt, wenn der Druck auf Kristall wirkenden Überführungen eine bestimmte Grenze. Bedeutet dies, was in Wirklichkeit geschehen? Es ist aus der Zeit der Curie Experimente, die potentielle erzeugt wird, aufgebrachten Druck bezogen bekannt, ohne eine Druckschwelle für erzeugte Potential. In dem Buch werden die Experimente wiederholt und ausführlich beschrieben, und keine Schwellendruck für piezoelektrische Potential Erscheinung beobachtet. Daher wird eine gemeinsame ,, Geist "Erklärung der piezoelektrischen Effekt entweder Quantenhypothese und eine Ionisation in Quarzkristall ausgeschlossen. Es gibt kein Elektron aus Silicium oder Sauerstoffatom entfernt wird.

Die Pyroelektrizität wird im Zusammenhang mit piezoelectricty geschlossen und Express die Fähigkeit bestimmter Stoffe, die beheizt ,, elektrische Ladungen "zu generieren. Die gleiche Diskussion zum piezoelektrischen Effekt hergestellt ist gültig für Pyroelektrizität. Es ist unsinnig, zu glauben, dass eine Temperatur von 200 C in der Lage ist, um eine Ionisierung oder eine Ladungsverschiebung in einem Material zu erzeugen. Die ganze Diskussion wird in dem Buch vorgestellt.

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