https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?action=history&feed=atom&title=Pyroelektrizit%C3%A4tPyroelektrizität - Versionsgeschichte2026-06-02T09:07:50ZVersionsgeschichte dieser Seite in Wikipedia (Deutsch) – Lokale KopieMediaWiki 1.43.8https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?title=Pyroelektrizit%C3%A4t&diff=179538&oldid=previmported>Andreas Ley: /* Ursache */ Interpunktion2025-03-27T14:15:19Z<p><span class="autocomment">Ursache: </span> Interpunktion</p>
<p><b>Neue Seite</b></p><div>[[Datei:Pyrosensor.jpg|thumb|Pyrosensor für Bewegungsmelder mit zwei Pyroelementen (6,5&nbsp;mm Durchmesser)]]<br />
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'''Pyroelektrizität''' (griech. ''pyrein'', πυρος ''pyro'' = „brennen, ich brenne“, auch: '''pyroelektrischer Effekt''', '''pyroelektrische Polarisation''') ist die Eigenschaft einiger [[Piezoelektrizität|piezoelektrischer]] [[Kristall]]e, auf eine Temperaturänderung Δ''T'' mit [[Ladungstrennung]] zu reagieren. Pyroelektrizität tritt nur in den folgenden zehn [[Kristallklasse]]n auf: 1, ''m'', 2, ''mm''2, 3, 3''m'', 4, 4''mm'', 6 und 6''mm''.<br />
<br />
== Ursache ==<br />
Bei ''pyroelektrischen Kristallen'' handelt es sich um polare [[Kristall|Kristalle]]. Das bedeutet, sie besitzen ein permanentes [[Elektrischer Dipol|elektrisches Dipolmoment]]. Sie sind daher aus [[Elektrische Polarisation|elektrisch polaren]] [[Einheitszelle]]n aufgebaut, die jede für sich einen Dipol besitzen. Im Gegensatz zu [[Ferroelektrikum|ferroelektrischen]] Kristallen, bei denen sich die Richtung der Polarisation durch Anlegen einer [[Elektrische Spannung|elektrischen Spannung]] beeinflussen lässt, haben alle elektrischen Dipole in pyroelektrischen Kristallen die gleiche Richtung. Ein pyroelektrischer Kristall ist daher immer piezoelektrisch; wenn er verformt wird, erzeugt er also eine [[elektrische Spannung]].<ref name=tilley>{{Literatur|Titel=Crystals and Crystal Structures|Autor=Richard J. D. Tilley|Verlag=John Wiley & Sons|Jahr=2006|Seiten=82|Online={{Google Buch|BuchID=ilVvOYOFCx8C|Seite=82}}}}</ref><br />
<br />
Erwärmt man einen pyroelektrischen Kristall oder kühlt ihn ab, so laden sich die gegenüberliegenden Flächen entgegengesetzt elektrisch auf, wobei man das sich beim Erwärmen positiv aufladende Ende ''analoger Pol'', das andere ''antiloger Pol'' nennt. Die resultierende Spannungsdifferenz kann an den entsprechenden Kristallkanten (Oberflächen) mit [[Elektrode]]n abgegriffen werden.<br />
<br />
Die Polarisation ist <math>P_\mathrm{py}</math>:<br />
<br />
:<math>\Delta \vec P_\mathrm{py} = \vec p \cdot \Delta T</math><br />
<br />
wobei<br />
* <math>p</math> die ''pyroelektrische Konstante''<br />
* <math>\Delta T</math> die Temperaturdifferenz ist.<br />
<br />
Die vorhandenen [[Oberflächenladung]]en werden allerdings durch aus der Umgebung aufgenommene Ladungsträger, z.&nbsp;B. durch [[Freies Elektron|freie Elektronen]], kompensiert. (Scheinbare) Oberflächenladungen treten daher nur bei einer (zeitlichen) ''Änderung'' der [[Temperatur]] auf. Bei einem [[Thermoelektrizität|thermoelektrischen]] Material führt im Gegensatz dazu ein (räumlicher) ''Temperaturunterschied'' zwischen zwei Seiten eines Werkstücks zu einer ''konstanten'' Spannung.<br />
<br />
Die Temperaturänderung eines pyroelektrischen Kristalls verursacht eine Änderung des Abstands der Gitterionen. Das bewirkt einerseits eine Längenänderung ([[Wärmeausdehnung]]) in der [[Kristallachse]], deren Richtung mit der Richtung der Polarisation übereinstimmt; gemäß der Piezoelektrizität entsteht dadurch eine Aufladung. Andererseits ändert sich die permanente Polarisation mit der Temperatur. Beide Wirkungen sind gleichsinnig und führen zu einer Aufladung des Kristalls von außen.<br />
<br />
Der pyroelektrische Effekt wurde zuerst beim [[Turmalin]] festgestellt. Die Umkehrung dieses Effekts ist der [[elektrokalorischer Effekt|elektrokalorische Effekt]], d.&nbsp;h. die Erzeugung von Wärme (Kälte) beim Anlegen (Zusammenbrechen) eines elektrischen Feldes.<br />
<br />
Zwei Formen des pyroelektrischen Effekts werden unterschieden:<br />
# Echter pyroelektrischer Effekt (wahrer pyroelektrischer Effekt): Basiert auf einem Gitterumbau bei Temperaturänderung; Kennzeichnung durch den Koeffizienten <math>p'</math>.<br />
# Falscher pyroelektrischer Effekt (Pseudopyroeffekt): Hier ändert der Kristall abhängig von der Temperatur sein Volumen und damit das Ladung-Volumen-Verhältnis; Kennzeichnung durch den Koeffizienten <math>p''</math>.<br />
<br />
Zusammen mit obiger Gleichung ergibt sich:<br />
<br />
:<math>\Delta P_\mathrm{gesamt} = (p'+p'') \cdot \Delta T </math><br />
<br />
mit<br />
* <math>p'+p'' = p</math><br />
* und häufig <math>p'' > p'</math>.<br />
<br />
== Beispiele ==<br />
Neben dem Turmalin zeigen noch andere Materialien diesen Effekt, dazu gehören [[Triglycinsulfat]] (TGS), oft in [[Deuterium|deuterierter]] Form (DTGS), manchmal noch mit L-[[Alanin]] dotiert (LATGS, DLaTGS), [[Lithiumtantalat]] oder [[Polyvinylidenfluorid]] (PVDF).<br />
<br />
Weitere pyroelektrische Werkstoffe sind:<br />
* Minerale der [[Turmalingruppe]]<br />
* [[Strontiumbariumniobat]] (SrBaNbO<sub>3</sub>)<br />
* [[Bleititanat]] (PbTiO<sub>3</sub>)<br />
* [[Bariumtitanat]] (BaTiO<sub>3</sub>) im [[Ferroelektrikum|ferroelektrischen]] Zustand, d.&nbsp;h. unterhalb der ferroelektrischen Curie-Temperatur, weil der Werkstoff spontane Polarisation aufweisen muss.<br />
* [[Natriumnitrit]] (NaNO<sub>2</sub>)<br />
* [[Lithiumniobat]] (LiNbO<sub>3</sub>)<br />
<br />
Auch an Knochen und Sehnen lässt sich ein pyroelektrischer Effekt beobachten.<br />
<br />
== Nachweis ==<br />
Für einen qualitativen Nachweis wird ein Kristall kurz in [[Flüssigstickstoff|flüssigen Stickstoff]] getaucht. Dann wird beobachtet, wie aus der Feuchtigkeit der umgebenden Luft Eis am kalten Kristall kondensiert. Wenn Ladungen an der Oberfläche verschoben worden sind, bilden sich fadenförmige Eispartikel aus, die den elektrischen [[Feldlinie]]n folgen.<ref>[[Will Kleber]], [[Hans-Joachim Bautsch]], [[Joachim Bohm (Kristallograph)|Joachim Bohm]]: ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, 1990, ISBN 3-341-00479-3, S. 262.</ref><br />
<br />
== Anwendung ==<br />
<br />
Die Pyroelektrizität findet vor allem in der [[Sensorik (Technik)|Sensorik]] Anwendung. So basieren Infrarot- ([[Bewegungsmelder]], [[Feuermelder]]) und Mikrowellendetektoren, Temperaturfühler ([[Temperatursensor]]) und [[Kalorimeter]] auf diesem Effekt.<br />
Schon sehr kleine Temperaturänderungen rufen eine elektrische Spannung hervor. Dadurch können beispielsweise passive Infrarot-Bewegungsmelder schon dann auf die Bewegung von Lebewesen reagieren, wenn diese noch etliche Meter entfernt sind.<br />
<br />
Mit solchen pyroelektrischen Kristallen lassen sich mit einfachen Mitteln auf kleinem Raum sehr hohe Spannungen von mehreren 100&nbsp;kV erzeugen. <!-- Deshalb werden sie in Geräten zur [[Kalte Fusion#Pyrofusion|kalten Fusion]] verwendet, um Atome zu ionisieren und zu beschleunigen. <br />
<br />
Ein anderes Anwendungsgebiet sind [[Haarglätter]] mit [[Keramik]]platten in denen Turmalin eingearbeitet sind. <br />
<br />
<< Diese beiden Beispiele wurden bei vergangenen Bearbeitungen entfernt. Vielleicht kann ein berufener Geist nochmals bestätigen, ob sie tatsächlich nicht hier aufgeführt werden sollten. Danke! --><br />
<br />
Eine andere Anwendung sind sehr kleine Röntgenquellen in der Größenordnung einer Streichholzschachtel, vom Feld des pyroelektrischen Kristalls werden hier Elektronen beschleunigt.<br />
<br />
Pyroelektrische Kristalle werden ebenfalls zur sensitiven Detektion von THz-Strahlung bis in den Picowattbereich eingesetzt.<br />
<br />
== Einzelnachweise ==<br />
<references /><br />
<br />
== Literatur ==<br />
* Karl Nitzsche, Hans-Jürgen Ullrich (Hrsg.): ''Funktionswerkstoffe der Elektrotechnik und Elektronik''. 2. stark überarbeitete Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig u. a. 1993, ISBN 3-342-00524-6.<br />
* Hanno Schaumburg: ''Sensoren''. Teubner, Stuttgart 1992, ISBN 3-519-06125-2 (''Werkstoffe und Bauelemente der Elektrotechnik'' 3).<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
{{Wiktionary}}<br />
* [http://www.wiredsense.de/ WiredSense - Pyroelektrische THz-Detektoren]<br />
<br />
{{Normdaten|TYP=s|GND=4176507-2|LCCN=sh85109341|NDL=00569117}}<br />
<br />
{{SORTIERUNG:Pyroelektrizitat}}<br />
[[Kategorie:Sensorik]]<br />
[[Kategorie:Kristallographie]]</div>imported>Andreas Ley