Wie erzeugen piezoelektrische Keramikkomponenten Ultraschallwellen?
Piezoelektrische Keramiken sind geeignete Materialien zur Erzeugung und Detektion von Ultraschallwellen. Ladungsträger wandern unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes durch das piezoelektrische Material, was zu einer sichtbaren Längenänderung führt (inverser piezoelektrischer Effekt). Handelt es sich bei der angelegten Spannung um eine Wechselspannung, geraten die Partikel im Medium (z. B. Luft) in Schwingung. Es treten Druckschwankungen auf. Partikelarmut führt zu einer Druckabnahme, während Kompression zu einer Druckerhöhung führt. Die Schallwellenlänge beschreibt den Abstand zwischen zwei spärlichen oder komprimierten Regionen. Die entstehenden Schallwellen breiten sich im umgebenden Medium aus. Die Schallgeschwindigkeit variiert je nach Dichte und elastischen Eigenschaften des Mediums.
Es gibt einen grundlegenden Unterschied zwischen Longitudinal- und Transversalwellen. Bei Longitudinalwellen treten die Schwingungen in der Ausbreitungsebene auf. Sie können sich in Flüssigkeiten und Gasen sowie in Feststoffen ausbreiten. Bei Scherwellen hingegen sind die Schwingungen senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung, was nur in Festkörpern möglich ist. Beide Wellenmoden können durch Reflexion oder Brechung im Grenzbereich ineinander umgewandelt werden, was zu einem dichteren Material führt.
