Vysvětlení jevu

Piezoelektrický jev u krystalu turmalínu poprvé pozorovali v roce 1880 bratři Pierre a Jacques Curieové, kteří zjistili při stlačení krystalu výskyt povrchového elektrického náboje. O rok později objevili opačný piezoelektrický jev, u něhož vnější pole elektrické pole vyvolávalo deformaci krystalu.

U krystalů, které nejsou středově souměrné, vzniká velmi intenzivní piezoelektrický jev. K výrobě takového krystalu se používá materiál, v jehož krystalické mříži jsou jak kladné tak záporné ionty a destička se vybrousí ve vhodné orientaci tak, aby na jedné ploše byly soustředěny náboje kladné a na druhé záporné. Tím se z vnějšího pohledu stává výbrus zdrojem elektrostatického pole, jehož intenzita (a tedy i napětí) závisí na plošné povrchové hustotě nábojů a na vzdálenosti nábojů uvnitř materiálu.

Bude-li právě popsaná destička stlačována resp. natahována (kolmo k optické i elektrické ose), budou se kromě samotné destičky deformovat i molekuly, z nichž je destička složena. Tím se změní polohy částic s nábojem a na protilehlých plochách destičky tak vzniknou stejně velké opačné náboje.

Elektronový obal bude deformován a proto se elektrony posunou ve směru působící síly.

Situace je analogická nabíjení kondenzátoru.

Budou-li na destičce umístěny staniolové polepy (elektrody), je možné měřit mezi nimi piezoelektrické napětí. V případě, že na destičku bude působit opačná síla, tj. destička bude natahována resp. stlačována, piezoelektrické napětí bude mít opačnou polaritu.

Piezoelektrický jev může nastat i opačně - při přivedení dostatečně velkého napětí k elektrodám piezokrystalu, se změní jeho tloušťky. Při zapojení krystalu na střídavé napětí lze tímto způsobem získat i zdroj zvuku nebo ultrazvuku.

Periodické změny tloušťky krystalu jsou totiž doprovázeny zvukem. Frekvenci zvuku (resp. změn tloušťky krystalu) lze ovlivnit materiálem krystalu a frekvencí připojeného střídavého napětí.

Frekvence piezoelektrické destičky se dá „naladit“ vhodnou volbou tloušťky destičky; frekvence je totiž této tloušťce nepřímo úměrná. Velikost vyzařující plochy (a tedy i velikost vyzařované energie) závisí na ploše destičky. Tyto dva parametry se nedají u přírodních monokrystalů měnit, ale u piezokrystalů vyráběných uměle je možné volit vlastnosti piezoprvku (tvar, velikost ploch, tloušťka, materiál, …) podle způsobu jeho použití.