Unter Piezoelektrizität oder dem Piezoeffekt ist das Auftreten einer elektrischen Spannung durch die Entstehung eines Dipols infolge einer externen mechanischen Krafteinwirkung auf bestimmte Festkörper zu verstehen. In der Elektrotechnik findet dieses Prinzip, das in diesem Artikel näher beschrieben werden soll, als Bauelement zum Beispiel in Form von piezoelektrischen Transformatoren in Anlagen zur Erzeugung von Hochspannung Anwendung.

In kristallinen Festkörpern sind die einzelnen Moleküle in einer regelmäßigen Gitterstruktur angeordnet, die abwechselnd verschieden geladen sind. Aufgrund der Symmetrie liegen die beiden Ladungsschwerpunkte aller positiv und aller negativ geladenen Teilchen in diesem elektrischen Feld, gemessen über seine elektrische Feldstärke [V/m], in allen Elementarzellen des Objektes ortsgleich übereinander. Wird auf das Material nun von außen eine gerichtete Kraft mit dem Ziel einer elastischen Verformung des Körpers ausgeübt, so verschieben sich die vorgenannten Schwerpunkte beider Ladungen voneinander weg, so dass zwischen diesen durch die Änderung der elektrischen Polarisation eine elektrische Spannung auftritt. Dieses Phänomen wird in der Elektrotechnik als direkter Piezoeffekt bezeichnet.

Je größer die Beanspruchung des Körpers, gemessen über die aufgebrachte mechanische Spannung [N/m²], und damit die Änderung seiner Geometrie, desto größere elektrische Ladungen entstehen auf seiner Oberfläche. Der angelegte Druck darf dabei nicht von allen Seiten, sondern beispielsweise nur von zwei gegenüberliegenden Seiten aus auf die Probe wirken. Je nachdem, ob die Kraft eine Polarisation in Kraftrichtung, quer oder diagonal zu dieser erzeugt und die generierte elektrische Spannung in der entsprechenden Richtung gemessen werden kann, spricht man von einem Längs-, einem Quer- oder einem Scher(ungs)effekt.

Wird in der Folge an diesen Festkörper ein Stromkreis angelegt, so fließt aufgrund des mechanisch erwirkten Potenzialgefälles über einen Widerstand ein elektrischer Strom. Wird die Wirkkraft wieder genommen, so fließt der Strom durch die nun umgekehrte Potenzialdifferenz in der entgegengesetzten Richtung. Durch aufeinanderfolgende Belastungen des Materials kann auf diese Weise ein Wechselstrom erzeugt werden, der je nach Anzahl und Größe der verwendeten piezoelektrischen Geräte oder Materialien sowie in Abhängigkeit der mechanischen Beanspruchung mit seiner erzeugten Elektrizität als kleiner elektrischer Antrieb in unterschiedlichen Bauteilen, aber auch zur Frequenzstabilisierung eingesetzt werden kann.

Als Piezoelektrika werden in der betrieblichen Praxis der Piezotechnik zum Beispiel Kristalle (Quarz, Turmalin) oder Keramiken verwendet, da diese unter anderem über eine wesentlich geringere Hysterese gegenüber vergleichbaren Werkstoffen verfügen. Weiterführende Informationen zum Thema finden sich auf dieser Internetseite zum Beispiel auch in den Artikeln „Transformatoren“ oder „Hysterese“.