"מתמר פיאזואלקטרי" (Piezoelectric Transducer) הוא מערכת אלקטרו-מכנית המורכבת מגביש, שכאשר מספקים לו מתח חשמלי משתנה, הוא רוטט ולהיפך, כאשר גורמים לו להתנודד, הוא מוציא בין קצותיו מתח חשמלי.

אנו רואים שהתופעה מתרחשת בשני הכיוונים.

תופעת הפיאזואלקטריות (Piezoelectricity)נתגלתה על ידי פייר קיורי (Pierre Curie), בשנת 1880, שגם קבע את שמה (פיאֶזו ביוונית, פירושו ללחוץ (To Squeeze)).

כאשר מפעילים לחץ מכני על גביש פיאזואלקטרי, נוצר הפרש פוטנציאלים (מתח חשמלי) בין קצותיו.

קוטביות המתח החשמלי מתהפכת, כאשר הלחץ (Compression), מוחלף במתיחה (Tension).

מכיוון שהתהליך הוא הפיך, ניתן באמצעות הפעלת מתח חשמלי על הגביש, לגרום לו להתכווץ או להתמתח, בהתאם לקוטביות השדה החשמלי המופעל עליו.

אם מפעילים על גביש פיאזואלקטרי מתח חשמלי משתנה (Alternating Voltage), הוא רוטט, ואם הריטוט הוא בתדירויות שמע, ניתן להשתמש ברטט כזמזם המשמיע צליל.

גדלי הגביש הרוטט, קובעים את תדירות הרזוננס שלו, בה הוא רוטט באמפליטודה גדולה, בהשפעת שינויי מתח, ללא איבוד אנרגיה רבה.

אילו חומרים מראים תופעת פיאזואלקטריות?

משתמשים בגבישים מיוחדים, כגון:

• מלח רושֵל (Rochelle Salt).
• בריום טיטנאט (Barium Titanate).
• גליום פוספאט (Gallium Phosphate = GaPO4).
• טורמאלין (Tourmaline).
• עופרת זירקונאט (Lead Zirconate).
• גם קווארץ גבישי (Crystalline Quartz), מראה תופעת פיאזואלקטריות, ומשמש כבסיס למתנדים אלקטרוניים.

מהו המנגנון הפיזיקלי של פעולת המתמר הפיאזואלקטרי?

חומר במצב גבישי, בו היונים בגביש עוברים העתק ממקומם, בצורה בלתי סימטרית, כאשר מופעל לחץ על הגביש.

מהם היישומים של מתמר פיאזואלקטרי?

• מיקרופון גבישי (Crystal Microphone) – מבוסס על האפקט של פיאזואלקטריות, שהוא יצירת מתח חשמלי כתוצאה מלחץ.
  הממברנה (Diaphragm), הרוטטת כתוצאה מפגיעת גלי הקול, מחוברת על הגביש, המתרגם את שינויי הלחץ הנוצרים, לשינויי מתח חשמלי. המרת קול לאות חשמלי.

לעיתים מצמידים את הגביש הפיאזואלקטרי ישירות לגוף הרוטט, כמו לגיטרה, ליצירת Guitar Pickup.

באיור, רואים חתך במיקרופון גבישי:

• רמקול או זמזם – מספקים לו מתח משתנה, והוא רוטט ליצירת גלי קול בתדרים המתאימים. המרת אות חשמלי משתנה לקול.
• יוצר ניצוץ – במצת חשמלי. מפעילים על הגביש הפיאזואלקטרי לחץ חזק, למשך זמן קצר. כתוצאה מכך, נוצר מפל מתח גבוה, המשמש ליצירת פריקת מתח, בין שתי אלקטרודות באוויר (ניצוץ).
• ייצור תנודה בתדר מוגדר למערכות אלקטרוניות.
• מנועים מיניאטוריים.
• חיישני לחץ.

בתמונה, נראה מתמר פיאזואלקטרי, עם משטח מתכת גדול, המשמש כ: מיקרופון, זמזם, רמקול, וכו'.

ניתן להשתמש במתמר זה, כהדגמה של יצירת מתח להדלקת דיודה פולטת אור (LED), כתוצאה מלחץ רגעי, המופעל על ממברנת המתמר.