Der Hauptunterschied zwischen Magnetostriktion und piezoelektrischem Effekt besteht darin, dass der piezoelektrische Effekt die direkte Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie bewirken kann, während der piezoelektrische Effekt die Energie in einem Magnetfeld in mechanische Energie umwandeln kann.
Magnetostriktion ist eine Eigenschaft magnetischer Materialien, die dazu führen kann, dass diese Materialien ihre Form oder Dimension während des Magnetisierungsprozesses ändern. Piezoelektrisch bezieht sich auf die Eigenschaft bestimmter fester Materialien, die bei Anwendung mechanischer Spannung elektrische Ladung ansammeln können.
Was ist Magnetostriktion?
Magnetostriktion ist eine Eigenschaft magnetischer Materialien, die dazu führen kann, dass diese Materialien ihre Form oder Dimension während des Magnetisierungsprozesses ändern. Typischerweise weist die Magnetisierung eines Materials Schwankungen auf, die aufgrund des angelegten Magnetfelds auftreten, das die Magnetostriktionsdehnung ändert, bis der Sättigungswert erreicht ist.
Abbildung 01: Ein Wandler aus magnetostriktiven Materialien
Der Effekt der Magnetostriktion verursacht einen Energieverlust, der durch die Reibungserwärmung in anfälligen ferromagnetischen Kernen entsteht. Außerdem ist dieser Effekt für das tieffrequente Brummen verantwortlich, das von Transformatoren kommt. Dies liegt daran, dass oszillierende Wechselströme dazu neigen, ein sich änderndes Magnetfeld zu erzeugen.
Typischerweise hat ein magnetisches Material Bereiche, die als Domänen bezeichnet werden und jeweils eine einheitliche Magnetisierung aufweisen. Wenn wir ein Magnetfeld anlegen, neigen die Grenzen zwischen den Domänen dazu, sich zu verschieben, während sich die Domänen drehen. Diese beiden Effekte können eine Dimensionsänderung des Materials bewirken.
Was ist der piezoelektrische Effekt?
Piezoelektrisch bezieht sich auf die Eigenschaft bestimmter fester Materialien, die bei Anwendung mechanischer Spannung elektrische Ladung ansammeln können. Mit anderen Worten, es bezieht sich auf die Elektrizität, die aus Druck und latenter Wärme entsteht. Dieser Begriff stammt aus dem Griechischen, wo Piezin Quetschen oder Drücken bedeutet und Elektron Bernstein bedeutet (eine frühe Quelle elektrischer Ladung). Diese Eigenschaft wird Piezoelektrizität genannt, und die Materialien, die diese Eigenschaft aufweisen, umfassen Kristalle, bestimmte Keramiken und biologische Materie wie Knochen, DNA und verschiedene Proteine.
Abbildung 02: Eine piezoelektrische Waage
Typischerweise kann der piezoelektrische Effekt zu einer linearen elektromechanischen Wechselwirkung zwischen den mechanischen und elektrischen Zuständen in kristallinen Materialien ohne Inversionssymmetrie führen. Darüber hinaus ist dieser Effekt reversibel, da Materialien, die den piezoelektrischen Effekt zeigen können, auch die Umkehrung des Effekts zeigen können (es ist die Erzeugung einer mechanischen Spannung, die von einem angelegten elektrischen Feld herrührt).
Die Natur des piezoelektrischen Effekts ist der des elektrischen Dipolmoments in Festkörpern sehr ähnlich. Wir können die Dipoldichte oder Polarisation leicht berechnen, indem wir die Dipolmomente pro Volumen der kristallographischen Einheitszelle aufsummieren. Normalerweise neigen benachbarte Dipole dazu, sich in Regionen auszurichten, die als Weiss-Domänen bekannt sind. Dieser Ausrichtungsprozess wird als Polung bezeichnet, bei der bei erhöhten Temperaturen ein starkes elektrisches Feld über die Materialien angelegt wird. Allerdings können nicht alle piezoelektrischen Materialien gepolt werden.
Was ist der Unterschied zwischen Magnetostriktion und piezoelektrischem Effekt?
Magnetostriktion und piezoelektrischer Effekt sind wichtige chemische Konzepte. Der Hauptunterschied zwischen Magnetostriktion und piezoelektrischem Effekt besteht darin, dass der piezoelektrische Effekt die direkte Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie bewirken kann, während der piezoelektrische Effekt die Energie in einem Magnetfeld in mechanische Energie umwandeln kann.
Die folgende Infografik zeigt die Unterschiede zwischen Magnetostriktion und piezoelektrischem Effekt in tabellarischer Form zum direkten Vergleich.
Zusammenfassung – Magnetostriktion vs. piezoelektrischer Effekt
Magnetostriktion ist eine Eigenschaft magnetischer Materialien, die dazu führen kann, dass diese Materialien ihre Form oder Dimension während des Magnetisierungsprozesses ändern. Piezoelektrisch bezieht sich auf die Eigenschaft bestimmter fester Materialien, bei denen diese Materialien die elektrische Ladung bei Anwendung mechanischer Spannung ansammeln können. Der Hauptunterschied zwischen Magnetostriktion und piezoelektrischem Effekt besteht darin, dass der piezoelektrische Effekt die direkte Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie bewirken kann, während der piezoelektrische Effekt die Energie in einem Magnetfeld in mechanische Energie umwandeln kann.
