elektriciteit: Piëzo-elektrisch effect

[Iwerke]

ok effe de situatie schetsen.

ik zit dit jaar in mijn laatste jaar secundair onderwijs ( België ) en ben bezig met een Geïntegreerde proef ( GIP of ook eindwerk genoemd ) het 'leuke' aan mijn richting is je bent volledig vrij om je onderwerp te kiezen en we moeten ook geen praktisch deel doen.

Dus ik kies voor het bespreken van Horloges die gebruik maken van kwartskristallen.

zoald de meeste wel zullen weten zijn kwartkristallen piëzo-elektrisch. wat wil zegen dat wanneer er een druk op de kristallen wordt uitgeoefend, komt er een spanning vrij over de oppervlakte van het kristal en ook omgekeerd wanneer je een spanning op het kristal zet gaat het kristal 'uitzetten', trillen.

nu is mijn vraag. hoe verklaar je dat kwartskristallen Piëzo-elektrisch zijn. je kan wel waarnemen dat deze Piëzo-elektrische eigenschapen hebben en dat bijvoorbeeld hout die eigenschappen niet heeft. maar waardoor komt dit specifiek? iemand een idee?

[TD]

Misschien heb je hier iets aan, meer bepaald onder Crystal classes.

[Heezen]

Dat ene GIP, komt dat overeen met de Nederlandse profielwerkstuk?

[Iwerke]

Dankje TD! daar vind ik het meeste wel in terug

euhm heezen ik heb geen idee wat jullie Profielwerkstuk inhoud dus daar kan ik niet op antwoorden.

[DePurpereWolf]

Je kunt hiet de kristalstructuru van sommige materialen, en meer specifiek, de phononen, de schuld van geven.

Dat is leuk, want meestal als ik over phononen ga beginnen, kan ik meteen wel ophouden, dat is namelijk geen makkelijke materie. (het zijn trouwens trillingen van electrische velden in de kristalstructuru)

Even een samenvattinkje van wikipedia

We hebben het dus over kristallen, sommige materialen hebben een kristal structuur, diamant bijvoorbeeld, maar ook ijzer en koper, en silicium natuurlijk.

Een kristalstructuur is monokristallijn, wat betekend dat een kleine structuur, 8 atomen op de hoeken van een cubus bijvoorbeeld, steeds herhaalt wordt. De atomen zijn dus geordend. Als je bier in de koelkast wil stapelen doe je dat ook op zo'n manier dat de flessen op de hoeken van een ruit liggen.

Bij een piezoelectrisch kristal, zijn er per kristal (dat steeds hethaalt wordt in elke richting) een positieve en negatieve lading verdeling, ofwel een klein elektrisch veld. Vergelijkbaar met een dipool, bijvoorbeeld water. Idem als water, is het piezoelektrisch materiaal globaal gezien elektrische neutraal, elk E-veld wordt door een ander, omgekeerd E-veld opgeheven.

Als een mechanische kracht wordt aangebracht, verdwijnt deze simetrie van positieve en negatieve E-velden, het ligt er dus aan van welke kant je er op drukt. Het dipoolmoment van het ene kristal word vergroot terwijl die van het andere verkleint wordt, waardoor je globaal gezien een electrisch veld, en dus een potentiaal verschil krijgt.

[Iwerke]

Dus wat je eigenlijk wil zeggen is dat in het begin het kristal geen lading heeft. maar doordat er een druk op uitgeoefend wordt zal de structuur van het kristal iets vervormen en daardoor krijg je een spanning?

[DePurpereWolf]

Niks geen lading, oneven verdeling van electronen en positieve atomen. Zoals bij een water, is er een dipoolmoment, bij een piezoelektrisch kristal zijn deze 'dipoolmomenten' simmetries geordent (ze heffen elkaar op, globaal gezien geen E-veld), als je in een bepaalde richting de vorm van de krital verandert, is de simetrie weg, en krijgen we een E-veld, in een bepaalde richting.

Omdat structureel te zien moet je de kristalstructuur er bij halen.

[Iwerke]

dus als ik nu bijvoorbeeld voor kwarts dit wil beschrijven zou ik de structuur van een kwartskristal moeten tekenen op atominaire basis of vergis ik mij weer ..

[Jan van de Velde]

http://www.americanpiezo.com/piezo_theory/

ik vind deze wel duidelijk.

[Iwerke]

Heel erg bedankt

[Woutertje]

Somminge kristallen zijn dan ook weer pyroelektrisch en piëzoelektrisch of alleen pyroelektrisch.

Pyroelektrisch wilt zeggen dat er een spanning over het kristal komt wanneer haar temperatuur verandert.

Wanneer men deze opstelt in een vacuum kamer kan men zeer hoge spanningen verkrijgen zonder dure apperatuur.

http://www.binghamton.edu/physics/Brownrid...e%20Summary.pdf

Een buitengewoon mooi experiment dat men hiermee gedaan heeft is een opstelling voor koude kernfusie. Welliswaar zonder energiewinst.

http://cecelia.physics.indiana.edu/journal...nature03575.pdf

[silastudent]

hallo,

ik zit ook in mijn laatste jaar secundair onderwijs en heb ook een onderwerp gekregen voor mijn GIP. Namelijk piëzo elektrische aandrijvingen. In een eindwerk is het de bedoeling om dieper in te gaan op bepaalde dingen dus ook op de structuur van het kristal, de fysieke en andere kenmerken ervan enz. DePurpereWolf, ik zag dat jij tamelijk veel wist over de kristallen en sommige termen als 'dipoolmoment' en 'E-veld' zeggen mij wel iets maar ik zou er dus graag meer over weten. Ik zit nog net in de fase dat ik informatie en bronnen moet verzamelen en ben op dit forum terecht gekomen, ik zou zo vragen kunnen stellen maar dat vraag tijd van ons beiden en een forum kan ik niet echt inbrengen als een betrouwbare bron denk ik dus heb jij misschien documentatie over dit onderwerp of links van betrouwbare websites (wikipedia mag ik niet gebruiken als geldige bron) ik heb uiteraard al verschillende uren gesurft maar echt veel concrete informatie heb ik niet gevonden. Kan en wil jij mij helpen of iemand anders die mij nuttige informatie kan verschaffen over mijn onderwerp