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Nachweis von Ultraschall durch den Piezoeffekt

Akustik Ak 2.1 Versuch 1.17

Einführung

Die durch Ultraschall angeregten Schwingungen eines Quarzes bewirken an seinen Oberflächen elektrische Wechselspannungen, durch die ein Neonröhrchen zum Aufleuchten gebracht werden kann.

Material

Dreifuß
Stativstange, 4kt, l = 400 mm
Doppelmuffe
Universalklemme
Neonröhrchen
Ultraschallquarz
Glyzerin 250 ml
Ultraschallgenerator

Versuchsaufbau Versuchsaufbau siehe Abb. 17 (Ultraschallgenerator Betriebsart: Sinus) Auf den Schallkopf, auf den als Kopplungsflüssigkeit einige Tropfen Glyzerin aufgetragen wurden, legt man den Ultraschallquarz. Durchführung Nach dem Einschalten des Ultraschallgenerators und Einstellen auf mittlere bis maximale Amplitude berührt man die Oberfläche der aufgelegten Quarzplatte entsprechend der Abbildung mit der Polkappe des Neonröhrchens. Die zweite Polkappe wird mit den Fingern gehalten.

Es ist zu beachten, dass der Generator weniger als eine Minute betrieben werden soll, wenn die Marke des Stellknopfes Amplitude bis in den schraffierten Bereich gedreht wurde. Andernfalls kann die Wärmeentwicklung den Schallkopf zerstören.

Ergebnis

Das Aufleuchten beider Elektroden des Neonröhrchens zeigt an, dass an der Oberfläche des schwingenden Quarzes aufgrund des piezoelektrischen Effektes eine Wechselspannung auftritt.

Wird der Kristall mit seiner Eigenfrequenz angeregt, so erreichen die Schwingungsamplituden und die damit auftretenden Wechselspannungen besonders große Werte, welche z.B. die Zündspannung eines Neonröhrchens von etwa 95 V überschreiten können.

Anmerkung

Den piezoelektrischen Effekt zeigt eine Reihe von lonenkristallen. Bei einer Deformation treten Ladungen und damit elektrische Felder an den Oberflächen auf. Bei der Schallplattenwiedergabe (Kristalltonabnehmer-System) oder dem Quarzfeuerzeug wird davon Gebrauch gemacht.