Katılara uygulanan basınç, madde üzerinde çeşitli etkiler oluşturabilir. Bunlardan biri de piezoelektrik olayıdır. Cisimlere dışarı- dan uygulanan basınç miktarıyla orantılı olarak cisimlerin elektrik üretme özelliğine piezo elektrik denir. 1880 yılında Pierre (Pier) ve Jacques Curie (Jak Küri) isimli Fransız kardeşler kristalin iki ucuna basınç uyguladığında bir kutuplanma oluştuğunu böylece kristalde potansiyel farkı (voltaj) oluşturduğunu keşfettiler. Aynı şekilde bu işlemin tersi de geçerlidir. Yani kristale dışarıdan voltaj verildiğinde az da olsa (% 0,1 oranında) şeklinde değişim olmaktadır.

Şekil I deki kristale bir F1 kuvveti uygulandığında voltmetrede V1 potansiyeli oluşurken, Şekil II deki gibi daha büyük bir F2 kuvveti uygulandığında V2 potansiyeli oluşur (V1 < V2).

Piezoelektrik özelliği günlük yaşantıda; özellikle çakmaklarda, kristal mikrofonlarda, gemilerde derinlik ve hedef bulmaya yarayan sonar cihazlarında, ses kayıt cihazlarında, çok ince ayar gerektiren optik odaklama cihazlarında, dev kantarlarda, pikaplarda, kuvars saatlerinde ve basınç ölçüm aletlerinde kullanılmaktadır. Laboratuvarlarda hassas ölçümler için gerekli terazilerde de piezoelektrik özelliği esas alınmaktadır.

Bu teraziler, kefelerine konan ağırlığı piezoelektrik özelliğe sahip kristallere basınç uygulayarak ölçer. Bu süreçte basınç, kristalde elektriksel potansiyel fark oluşturur. Potansiyel farka bağlı olarak da akım oluşur. Bu akım ise dijital ekranda sayısal bir değerin görünmesini sağlar. Yani, ağırlık ile dijital ekrandaki değer orantılı bir hal alır. Örneğin, ağırlık artırılıp basınç iki katına çıkarılırsa potansiyel fark, akım ve ekranda okunan sayısal değer de iki katına çıkar. Böylece ağırlık ölçülmüş olur.

Sonraki konu Sıvı basıncı konusudur.

Sıvı Basıncı ve Sıvılarda Basınç Kuvveti konusuna gitmek için tıklayın.

Çözümlü Test Soruları

1. Piezoelektrik olay aşağıdaki malzemelerin hangisinde gözlenmez?
A) Kuvars kristali
B) Turmalin
C) Bakır tel
D) Baryum titanat

Çözüm:
Piezoelektrik etki yalnızca belirli kristal yapıdaki malzemelerde (kuvars, turmalin, seramikler gibi) görülür. Bakır tel metalik iletkendir, bu özelliği göstermez. Doğru cevap C‘dir.

2. Piezoelektrik malzemelerle ilgili hangisi yanlıştır?
A) Mekanik basınç uygulandığında elektrik üretirler
B) Elektrik verildiğinde şekil değiştirirler
C) Yalnızca doğal minerallerden elde edilirler
D) Tersinir bir etkidir

Çözüm:
Piezoelektrik malzemeler hem doğal (kuvars) hem de yapay (baryum titanat gibi seramikler) olabilir. Doğru cevap C‘dir.

3. Aşağıdaki uygulamalardan hangisi piezoelektrik etkiyle çalışmaz?
A) Çakmaklardaki kıvılcım üretimi
B) Ultrason cihazları
C) Elektrik motorları
D) Basınç sensörleri

Çözüm:
Elektrik motorları manyetizma prensibiyle çalışır, piezoelektrik etki kullanmaz. Doğru cevap C‘dir.

4. Bir piezoelektrik kristaline 5 N’luk kuvvet uygulandığında 2V’luk potansiyel fark oluşuyor. Aynı kristale 15 N uygulanırsa oluşacak potansiyel fark kaç V olur?
A) 2
B) 4
C) 6
D) 8

Çözüm:
Piezoelektrik gerilim uygulanan kuvvetle doğru orantılıdır. Kuvvet 3 katına çıkınca gerilim de 3 katı olur (2V×3=6V). Doğru cevap C‘dir.

5. Piezoelektrik malzemelerin kullanım alanları için hangisi söylenemez?
A) Enerji üretiminde verimlilikleri yüksektir
B) Hassas ölçüm cihazlarında kullanılırlar
C) Tıbbi görüntülemede yararlanılır
D) Mekanik titreşimleri elektriğe dönüştürürler

Çözüm:
Piezoelektrik malzemelerin enerji dönüşüm verimliliği düşüktür (%10-30), bu nedenle büyük ölçekli enerji üretiminde kullanılmazlar. Doğru cevap A‘dır.

6. Piezoelektrik etkinin tersinir olması ne demektir?
A) Yalnızca basınç uygulandığında elektrik üretmesi
B) Elektrik verildiğinde genleşme/büzülme yapması
C) Isıtıldığında elektrik üretmesi
D) Manyetik alanda davranış değiştirmesi

Çözüm:
Tersinirlik, hem mekanik→elektrik (doğrudan etki) hem de elektrik→mekanik (ters etki) dönüşüm yapabilmesidir. Doğru cevap B‘dir.