Piezoelektrizität
摘要
Beginnend mit einer kurzen Abhandlung zur Entdeckung der Piezoelektrizität, steht in diesem Kapitel die anschauliche Beschreibung des direkten und reziproken piezoelektrischen Effekts im Vordergrund. Ausgangspunkt hierfür bildet der Quarzkristall auf makroskopischer Ebene in seiner Tieftemperaturmodifikation, auch \(\alpha \) -Quarz genannt, eine stabile Modifikation des Siliciumdioxids und das zweithäufigste Mineral der Erdkruste. Anhand dessen werden die Begrifflichkeiten kristallografische Hauptachse sowie polare Achsen eingeführt und auf anschauliche Weise dargestellt. Letztere sind für das weitere Verständnis des direkten und reziproken piezoelektrischen Effekts unverzichtbar. Am Beispiel eines mechanisch auf Druck beanspruchten sechsseitigen Quarzprismas wird anschließend die Erzeugung von Piezoelektrizität auf makroskopischer Ebene demonstriert. Die physikalische Erklärung der am Prisma auftretenden Erscheinung erfolgt anhand des strukturellen Aufbaus von \(\alpha \) -Quarz und den chemischen Bindungsverhältnissen auf molekularer Ebene. Über die spezifische räumliche Vernetzung der strukturaufbauenden Koordinationspolyeder von \(\alpha \) -Quarz und seine mesomeren Grenzstrukturen gelangt man zu dessen sechsseitiger, dreidimensionaler Strukturzelle. Daraus lässt sich eine vereinfachte Form der Strukturzelle ableiten, welche schließlich zu einer anschaulichen Beschreibung des direkten und reziproken piezoelektrischen Effekts – bei gleichzeitiger Einführung der mit beiden Effekten verbundenen elektrischen Polarisation – herangezogen wird.