Piezoelektrik nedir? Piezoelektrik etki olayı nasıl gerçekleşir? Piezoelektrik etki olayı ile ilgili genel ve ansiklopedik bilgiler.
Piezoelektrik Nedir? Piezoelektrik Etki Olayı Ne Demek?
Piezoelektrik etki, mekanik basınç altında bırakılan bazı yalıtkan kristallerin bir yüzünde pozitif, buna karşıt yüzünde negatif elektrik yüklerinin ortaya çıkması. Bu etkiden mikrofonlarda, pikaplarda, iletişimde kullanılan filtrelerde ve daha birçok uygulamada yararlanılır. Elektriksel olarak yüksüz ve yapısal bakışım merkezi bulunmayan bir kristale uygulanan basınç artı yüklerin merkezi ile eksi yüklerin merkezinin birbirlerinden hafifçe ayrılmasına ve kristalin karşılıklı yüzlerinde karşıt işaretli yüklerin ortaya çıkmasına yol açar.
Yüklerin bu ayrılımı bir elektrik alanı oluşmasına neden olur ve kristalin karşılıklı yüzleri arasında duyarlı bir voltmetre aracılığıyla ölçülebilen bir potansiyel farkı (gerilim) doğar. Piezoelektrik etki denen bu olgunun tersi de geçerlidir: Yüzleri arasına bir elektrik alanı ya da potansiyel farkı uygulanan bir kristalde mekanik biçim bozulması ortaya çıkar. Uygulanan alanın yönü değiştirildiğinde biçim bozulmasının yönü de değişir. Alternatif bir elektrik alanı uygulandığında ise, kristal, alanın yön değiştirme frekansında mekanik titreşime girer. Piezoelektrik malzemeden, örneğin kuvarstan kesilmiş dilim biçiminde kalınca bir parça, yüksek frekanslı alternatif gerilimi aynı frekansta bir sesüstü dalgaya çevirir; böyle bir kristal mekanik titreşimleri, örneğin ses dalgalarını elektriksel bir sinyale (alternatif gerilim) dönüştürür. Ters piezoelektrik etki, elektrikle biçim bozulmasına benzerlik gösterir.
Piezoelektrik Etkinin Keşfi
Piezoelektrik etki 1880’de Pierre ve Paul-Jacques Curie tarafından bulundu. Bazı kristal türleri (örn. kuvars, turmalin, Rochelle tuzu) bazı eksenleri boyunca sıkıştırıldığında kristalin yüzleri arasında bir gerilim oluştuğunu gözlemleyen Curie kardeşler, ertesi yıl da ters piezoelektrik etkiyi buldular: Elektrik gerilimi uygulandığında bu tür kristallerde bir uzama gözleniyordu.
Bu buluşu izleyen 30-40 yıl boyunca piezoelektrik etkiden uygulamada yararlanmanın yolu bulunamadı. I. Dünya Savaşı’nda ters piezoelektrik etkiden yararlanılarak sualtında akustik dalgalar üretilmesi yoluyla sonarın ilk biçimi olan denizaltı detektörleri gerçekleştirildi. Daha sonra, piezoelektrik kristallerden yararlanılarak gerçekleştirilen frekansı kesin ve sabit titreşim üreteçleri (osilatör), radyoyla iletişimde yaygın olarak kullanılmaya başladı. II. Dünya Savaşı’nda uçaktan atılan bombaların patlatma düzeneklerinde piezoelektrik kristal kullanıldı; bomba yere çarpınca, bombanın ucuna yerleştirilmiş kristal bir elektrik gerilimi oluşturuyor, bu da bombanın patlamasını sağlıyordu.
Kullanım Alanları
Günümüzde piezoelektrik kristaller her tür elektronik donanımda, çakmaklarda, masa ve kol saatlerinde ve daha birçok aygıtta kullanılmaktadır. Piezoelektrik etkiyle büyükçe gerilimler oluşturan Rochelle tuzu kristalleri daha çok pikaplarda kullanılır. Plaktaki izi izleyerek titreşen iğnenin bu titreşimleri iğnenin bağlı olduğu kristale geçer, böylece kristalde ses frekanslı gerilim oluşur. Rochelle tuzu kristallerinde oluşan piezoelektrik etki sıcaklığa büyük ölçüde bağımlı olduğundan bu kristaller iletişimde yararlanılan filtrelerde ve titreşim üreteçlerinde kullanılmaz. Kuvars kristalleri ise daha zayıf piezoelektrik etkinlik gösterirler, ama bunlar sıcaklıktan etkilenmeyecek biçimde kesilebilir; bu nedenle elektronik aygıtlarda ve saatlerde kuvars kristalleri kullanılır.
Seramik bir malzeme olan baryum titanatın yüksek sıcaklıkta güçlü bir elektrik alanı içinde tutularak piezoelektrik etkinlik gösterir duruma getirilebiledteği 1940’larda bulundu. Günümüzde yüksek güç gerektiren uygulamalarda baryum titanat ve benzeri seramik kristaller kullanılmaktadır.
