Kvartskristallens harmoniska frekvens – egenskaper och användningsområden

Kvarts är visserligen ett av de vanligaste mineralerna på planeten, men det har några mycket specifika användningsområden när det gäller harmoniska frekvenser. Tack vare sina unika egenskaper används kristallkvarts för att tillverka en mängd olika sensorer i elektronisk utrustning och radioutrustning.

Vad är kristallkvarts?

Kristallkvarts är i grunden en form av kiseldioxid. Materialet utgör cirka tolv procent av jordskorpan, vilket gör det extremt vanligt. Trots detta räcker inte den naturliga kvartsen till för att möta efterfrågan. Därför odlas det mesta av den kvarts som används i sensorer och oscillatorer i laboratorier, där man kan säkerställa en perfekt kristallstruktur.

Piezoelektriska egenskaper

Kvartskristall är ett piezoelektriskt material, vilket innebär att det genererar en elektrisk laddning när det utsätts för tryck. Storleken på laddningen, mätt i volt, ger en observatör som kan mäta laddningen en exakt uppfattning om hur högt tryck kvartsen befinner sig under. Processen är även omvändbar – en kvartskristall som utsätts för en elektrisk laddning kommer att ändra sin storlek och form.

Svängningar och harmonisk frekvens

När en kvartskristall får elektricitet i form av regelbundna pulser tvingas den att vibrera, eftersom dess storlek växlar fram och tillbaka. Dessa svängningar skapar en harmonisk frekvens. Om den elektriska laddningen appliceras kontinuerligt fortsätter kristallen att expandera och dra ihop sig i samma takt, vilket håller frekvensen stabil. Ändras laddningens hastighet ändras även den frekvens som kristallen svänger med.

Temperaturns inverkan

Även om kvartskristall är en utmärkt ledare för ljud kan den harmoniska frekvenseffekten påverkas av omgivningens temperatur. Ju varmare miljön är, desto färre svängningar genomgår kvartskristallen. Effekten är mätbar, och varje grad Celsius minskar kvartsens svängningar – beroende på hur stenen är slipad och vilken frekvens den vibrerar vid.

Användningsområden

Kvartskristall används både som harmonisk sensor och som trycksensor. Genom åren har dessa kristaller även använts som komponenter i gyroskopiska sensorer samt i radioapparater, datorer och annan elektronik. Vanligtvis odlas kvartsen i en laboratoriemiljö, varefter den skärs till små skivor som poleras och formas för att passa en specifik applikation.