Pyroelektrizität ist ein wissenschaftliches Phänomen, das es speziellen Materialien ermöglicht, Elektrizität zu erzeugen, wenn sie die Temperatur ändern. Mineralien und Kristalle sind die häufigsten Substanzen, um diesen Effekt zu erzeugen. Diese Materialien werden häufig verwendet, um Temperatursensoren zu bauen, wie beispielsweise Passiv-Infrarot-Detektoren, die in Sicherheitssystemen verwendet werden.
Das Wort Pyroelektrizität leitet sich vom griechischen Begriff „pyr“ ab, was Feuer bedeutet. Die früheste Beobachtung des pyroelektrischen Effekts fand im Jahr 314 v. Chr. statt, als der antike Philosoph und Wissenschaftler Theophrastus bemerkte, dass Turmalinminerale beim Erhitzen elektrische Anziehung erzeugen. Mehrere Wissenschaftler untersuchten dieses Phänomen im 18. Jahrhundert, aber erst im 19. Jahrhundert verstanden die Forscher die Ursache vollständig.
Alle Kristalle haben elektrische, mechanische und thermische Eigenschaften. Diese drei Eigenschaften können interagieren. In Piezokristallen zum Beispiel wird durch physikalische Kraft, wie das Biegen eines Minerals, Strom erzeugt. In ähnlicher Weise entsteht Pyroelektrizität aus der Wechselwirkung der thermischen und elektrischen Eigenschaften eines Kristalls.
Wenn ein Kristall erhitzt oder abgekühlt wird, bilden sich auf gegenüberliegenden Seiten des Minerals elektrische Ladungen. Diese Ladungen können als elektrischer Strom genutzt werden, indem Elektroden auf den Kristalloberflächen platziert werden. Strom fließt in eine Richtung, wenn die Wärme zunimmt, und in die entgegengesetzte Richtung, wenn die Wärme abnimmt.
Die durch den pyroelektrischen Effekt erzeugte Strommenge reicht normalerweise nicht aus, um andere Geräte mit Strom zu versorgen. Dies bedeutet, dass Pyroelektrizität kein praktisches Stromerzeugungsverfahren ist. Das kleine elektrische Signal eines Quarzes ist jedoch in Sensoren sehr nützlich. Pyroelektrische Materialien können mit anderer Elektronik kombiniert werden, um anzuzeigen, wenn eine Temperaturänderung aufgetreten ist.
Passive Infrarotdetektoren sind eine übliche Anwendung pyroelektrischer Signale. Diese Geräte werden auch als Bewegungsmelder bezeichnet und werden häufig als Teil eines Sicherheitssystems in Wohnungen und Unternehmen platziert. Jeder Detektor enthält ein Weitwinkelobjektiv und einen pyroelektrischen Kristall. Wenn eine Person am Sensor vorbeigeht, erzeugt die Körperwärme des Kristalls Pyroelektrizität und der Alarm wird aktiviert.
Pyroelektrische Sensoren können verwendet werden, um andere Wärmequellen, wie z. B. Feuer, zu erkennen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Rauchmeldern ist ein pyroelektrischer Sensor in der Lage, eine tatsächliche Flamme zu erkennen, auch wenn kein Rauch vorhanden ist. Diese Arten von Sensoren sind in Anwendungen wie Gasheizungen nützlich, wo sie erkennen können, ob eine Kontrolllampe richtig gezündet wurde.
Eine Sammlung dieser Sensoren kann kombiniert werden, um Temperaturänderungen über einen weiten Bereich zu erfassen. Eine Reihe dieser Sensoren kann als Wärmebildkamera fungieren und Temperaturschwankungen anzeigen, die von Personen oder Fahrzeugen verursacht werden. Diese Technologie wird häufig vom Militär und der Polizei als Nachtsichtgerät verwendet.