압전 효과의 모든 것

21세기, 우리 생활에서 전기 에너지는 떼어낼 수 없는 아주 필연적인 에너지원이 되었습니다. 스마트폰부터 시작해서 노트북, 냉장고, 에어컨 등 정말 수많은 전자기기를 사용하기에 전기에너지는 우리 생활에 정말 필수적인 요소가 되었는데요. 이러한 전기 에너지를 만들어내는 방법은 정말로 다양합니다.

 

수력발전, 원자력발전, 가스발전 등 다른 에너지원을 이용해서 전기에너지를 만들 수도 있는데요. 오늘은 이러한 전기를 만들어내는 방법 중 압력을 통하여 전기를 만들어내는 압전 효과에 대해 알아보고자 합니다. 압력을 통해서 전기를 만들어낸다니, 많은 분들이 생소한 것으로 생각하실 것인데요. 이해하기 쉽게끔 열심히 포스팅해보겠습니다.

 

압전 효과란 무엇인가요?

출처 : flickr.com

압전효과는 영어로 piezoelectric이라고 표현합니다. piezo는 그리스어로 압력이라는 의미를 가지는 단어인데요. 압력전기라고 해석할 수도 있겠네요. 압전효과는 물리적인 에너지를 전기적인 에너지로 바꾸는 효과를 일컫는데요. 압전효과가 모든 소자에서 일어나는 것이 아니라, 특정 소자만 일어나는데 이를 압전 소자라고 합니다. 대표적인 예시로 PZT, 석영 결정 등이 있습니다.

 

 

압전 효과 원리는 무엇인가요?

압전 효과에 대해 이해하기 위해서는 쌍극자 모멘트에 대해서 먼저 이해해야 합니다. 우선 쌍극자 모멘트에 대해서 알아봅시다.

 

쌍극자모멘트란?

전기 쌍극자 모멘트는 양전하와 음전하가 분리된 정도를 뜻하는 벡터 값으로, 계의 극성을 나타내는데 쓰인다.

[출처 : 네이버 지식백과]

 

압전 소자는 압력을 가하지 않았을 때, 쌍극자 모멘트가 낮습니다. 왜냐하면, 격자 구조가 대칭적으로 되어 있기 때문에 양전하와 음전하가 분리되지 않기 때문이죠. 그런데, 우리가 압전 소자에 압력이라는 물리적인 힘을 가하면 압전 소자의 격자 구조는 변하게 됩니다.

 

출처 : Wiki

 

 

위의 그림처럼 압력을 가하게 되면, 압전소자의 격자 구조의 변경으로 인해 쌍극자 모멘트가 증가하게 되고 이러한 변화는 전기적인 흐름을 만들어내게 됩니다. 이것이 바로 전기에너지의 원천인 것이죠.

 

다만 압전 소자는 Tc(Curie Temperature) 이상에서는 압전 효과를 보이지 않습니다. Tc 이하에서만 압전 효과를 보이기에, 이에 유의하시기를 바라요.

 

오늘은 압전 효과에 대해서 알아보았는데요. 아직까지 압전소자는 우리 생활에서는 자주 보이지는 않는다고 느껴지는데요. 아마 효율이 안좋은 문제가 가장 큰 걸림돌인 것 같습니다. 지속적인 연구개발을 통해 더 좋은 압전 소자가 미래에는 개발되기를 바라며, 포스팅 마치겠습니다.