「二酸化ケイ素」と「振動」の関係について

質問

「二酸化ケイ素」が含まれている水晶に微細な電気を与えると（二酸化ケイ素が含まれている）水晶自体が振動する。
といわれていますが、水晶に含まれている「二酸化ケイ素」と「（水晶自体の）振動」にはどういった関係があるのでしょうか？

わかりやすく教えてください。お願いします。

回答No.2

tadys · ベストアンサー

「二酸化ケイ素が含まれている」というのは誤解を生む表現ですね。
水晶は二酸化ケイ素だけで出来ている結晶です。

水晶に圧力を加えて変形させると電圧が発生します。
これを圧電効果と言います。
水晶に電圧を加えると水晶が変形します。
これを逆圧電効果と言います。

水晶で音叉や木琴の音盤のような物を作って叩いてやると極めて正確な周波数で振動します。
水晶に特徴的なことは一度振動を始めると減衰するのに時間がかかるという事です。
これは、言い換えると一回振動するごとに減衰する振動のエネルギーの割合が非常に少ないという事です。
その為、外部から減衰分のわずかのエネルギーを水晶に加えることで振動をずっと継続させることが出来ます。

水晶には圧電効果があるので振動のエネルギーを電気として取り出すことが出来ます。
この電気をアンプで増幅して水晶に戻してやることで水晶の振動を継続させるようにしたのが水晶発振器です。
このことを微細な電気を与えると水晶自体が振動すると言っているのでしょう。
別に不思議なことではありません。

与える電気というのはどんな電気でもいい訳ではなく、水晶自体が持っている振動数と同じ周波数でなくてはいけません。
水晶の振動数は水晶の切り出し方や形状で決まります。

回答No.1

noname#232424

詳しくは，Wikipedia　圧電効果
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9C%A7%E9%9B%BB%E5%8A%B9%E6%9E%9C#.E5.8B.95.E4.BD.9C.E5.8E.9F.E7.90.86
で「動作原理」を読んでください。

ぶっちゃけていえば，電気を加えるとSiO2がびっくりして変形するわけですね　笑。しかし，直流を加えただけでは振動しません。水晶を適当な小片に切り出して，これに交流（ふつうは数10kHz～数十MHz）を加えると，変形が電気に同調して振動します。小片が小さいほど振動数は大きくなります。

あなたのパソコンにも「クロック周波数」という表示があると思います。これは，上述のように動作する「水晶振動子」を使って正確な交流を生成し，CPUを規則正しく働かせているのです。