Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere materiale om elektrisiteit op te wek wanneer dit aan meganiese spanning onderwerp word en omgekeerd. Die woord kom van die Griekse piezo wat druk en elektrisiteit beteken. Dit is die eerste keer in 1880 ontdek, maar die konsep is al lank bekend.
Die bekendste voorbeeld van piëzo-elektrisiteit is kwarts, maar baie ander materiale vertoon ook hierdie verskynsel. Die mees algemene gebruik van piëzo-elektrisiteit is die vervaardiging van ultraklank.
In hierdie artikel sal ek bespreek wat piëzo-elektrisiteit is, hoe dit werk, en sommige van die vele praktiese toepassings van hierdie wonderlike verskynsel.
Wat is piëzo-elektrisiteit?
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere materiale om 'n elektriese lading te genereer in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Dit is 'n lineêre elektromeganiese interaksie tussen meganiese en elektriese toestande in kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Piëso-elektriese materiale kan gebruik word om hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers, elektroniese toestelle, mikrobalanse, aandryf van ultrasoniese spuitpunte en ultrafyn fokus optiese samestellings op te wek.
Piëso-elektriese materiale sluit kristalle, sekere keramiek, biologiese materiaal soos been en DNA, en proteïene in. Wanneer 'n krag op 'n piëso-elektriese materiaal toegepas word, produseer dit 'n elektriese lading. Hierdie lading kan dan gebruik word om toestelle aan te dryf of om 'n spanning te skep.
Piëso-elektriese materiale word in 'n verskeidenheid toepassings gebruik, insluitend:
• Produksie en opsporing van klank
• Piëzo-elektriese inkjet-drukwerk
• Opwekking van hoëspanning elektrisiteit
• Horlosie kragopwekkers
• Elektroniese toestelle
• Mikrobalanse
• Ry ultrasoniese spuitpunte
• Ultrafyn fokus-optiese samestellings
• bakkies vir elektronies versterkte kitare
• Snellers vir moderne elektroniese tromme
• Produksie van vonke om gas aan die brand te steek
• Kook- en verhittingstoestelle
• Fakkels en sigaretaanstekers.
Wat is die geskiedenis van piëzo-elektrisiteit?
Piëzo-elektrisiteit is in 1880 deur die Franse fisici Jacques en Pierre Curie ontdek. Dit is die elektriese lading wat in sekere vaste materiale, soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal, ophoop in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Die woord 'piezo-elektrisiteit' is afgelei van die Griekse woord 'piezein', wat 'druk' of 'druk' beteken, en 'elektron', wat 'barnsteen' beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Die piëso-elektriese effek is die gevolg van die lineêre elektromeganiese interaksie tussen die meganiese en elektriese toestande van kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Dit is 'n omkeerbare proses, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon, ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld.
Die Curies se gekombineerde kennis van piro-elektrisiteit en begrip van onderliggende kristalstrukture het aanleiding gegee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit en die vermoë om kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer in die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout.
Die Curies het onmiddellik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle. Oor die dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly totdat dit 'n belangrike hulpmiddel geword het in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie.
Piëzo-elektrisiteit is ontgin vir baie nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning elektrisiteit, klokopwekkers en elektroniese toestelle, mikrobalanse, aandryf-ultrasoniese spuitpunte, ultrafyn fokusering van optiese samestellings, en die vorme van die basis van skandering van sondemikroskope om beelde op die skaal van atome op te los.
Piëzo-elektrisiteit vind ook alledaagse gebruike, soos om vonke op te wek om gas in kook- en verhittingtoestelle aan die brand te steek, fakkels, sigaretaanstekers en die piro-elektriese effek, waar 'n materiaal 'n elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering.
Die ontwikkeling van sonar tydens die Eerste Wêreldoorlog het die gebruik van piëso-elektriese kristalle gesien wat deur Bell Telephone Laboratories ontwikkel is. Dit het geallieerde lugmagte toegelaat om by gekoördineerde massa-aanvalle betrokke te raak deur lugvaartradio te gebruik. Die ontwikkeling van piëzo-elektriese toestelle en materiale in die Verenigde State het maatskappye in die ontwikkeling van oorlogstyd begin op die gebied van belange gehou, wat winsgewende patente vir nuwe materiale verseker het.
Japan het die nuwe toepassings en groei van die piëzo-elektriese industrie in die Verenigde State gesien en vinnig hul eie ontwikkel. Hulle het inligting vinnig gedeel en bariumtitanaat en later loodsirkonaattitanaatmateriale met spesifieke eienskappe vir spesifieke toepassings ontwikkel.
Piëzo-elektrisiteit het 'n lang pad gekom sedert sy ontdekking in 1880, en word nou in 'n verskeidenheid alledaagse toepassings gebruik. Dit is ook gebruik om vooruitgang te maak in materiaalnavorsing, soos ultrasoniese tyddomeinreflektometers, wat 'n ultrasoniese puls deur 'n materiaal stuur om refleksies en diskontinuïteite te meet om foute binne gegote metaal- en klipvoorwerpe te vind, wat strukturele veiligheid verbeter.
Hoe piëso-elektrisiteit werk
In hierdie afdeling sal ek ondersoek hoe piëzo-elektrisiteit werk. Ek sal kyk na die ophoping van elektriese lading in vaste stowwe, die lineêre elektromeganiese interaksie en die omkeerbare proses waaruit hierdie verskynsel bestaan. Ek sal ook die geskiedenis van piëzo-elektrisiteit en die toepassings daarvan bespreek.
Elektriese ladingophoping in vaste stowwe
Piëso-elektrisiteit is die elektriese lading wat in sekere vaste materiale ophoop, soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA. Dit is 'n reaksie op toegepaste meganiese spanning, en sy naam kom van die Griekse woorde "piezein" (druk of druk) en "ēlektron" (amber).
Die piëso-elektriese effek is die gevolg van die lineêre elektromeganiese interaksie tussen meganiese en elektriese toestande in kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Dit is 'n omkeerbare proses, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, waar interne generering van meganiese spanning voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Voorbeelde van materiale wat meetbare piëso-elektrisiteit genereer, sluit in loodsirkonaattitanaatkristalle.
Franse fisici Pierre en Jacques Curie het piëzo-elektrisiteit in 1880 ontdek. Dit is sedertdien ontgin vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers en elektroniese toestelle soos mikrobalanse en dryf ultrasoniese spuitpunte vir ultrafyn fokus van optiese samestellings. Dit vorm ook die basis van skanderingsondersoekmikroskope, wat beelde op die skaal van atome kan oplos. Piëzo-elektrisiteit word ook gebruik in bakkies vir elektronies versterkte kitare, en snellers vir moderne elektroniese tromme.
Piëzo-elektrisiteit vind alledaagse gebruike in die opwekking van vonke om gas aan te steek, in kook- en verhittingstoestelle, fakkels, sigaretaanstekers, en die piro-elektriese effek, waar 'n materiaal 'n elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering. Dit is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met behulp van kennis van René Haüy en Antoine César Becquerel, wat 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading voorgehou het. Eksperimente het onbeslis bewys.
Die aansig van 'n piëzo-kristal in die Curie-kompensator in die Hunterian Museum in Skotland is 'n demonstrasie van die direkte piëso-elektriese effek. Die broers Pierre en Jacques Curie het hul kennis van piro-elektrisiteit gekombineer met 'n begrip van die onderliggende kristalstrukture, wat aanleiding gegee het tot die voorspelling van piro-elektrisiteit. Hulle kon die kristalgedrag voorspel en het die effek in kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout gedemonstreer. Natriumkaliumtartraattetrahidraat en kwarts het ook piëso-elektrisiteit getoon. 'n Piëso-elektriese skyf genereer 'n spanning wanneer dit vervorm word, en die verandering in vorm is baie oordryf in die Curies se demonstrasie.
Hulle was in staat om die omgekeerde piëso-elektriese effek te voorspel, en die omgekeerde effek is wiskundig afgelei deur Gabriel Lippmann in 1881. Die Curies het onmiddellik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en het voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto- meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle.
Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly, maar dit was 'n belangrike hulpmiddel in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hulle werk om die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, te verken en te definieer, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics), wat die natuurlike kristalklasse beskryf wat tot piëzo-elektrisiteit in staat is en die piëzo-elektriese konstantes streng gedefinieer het deur tensoranalise. Dit was die praktiese toepassing van piëzo-elektriese toestelle, en sonar is tydens die Eerste Wêreldoorlog ontwikkel. In Frankryk het Paul Langevin en sy medewerkers 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel.
Die detektor het bestaan uit 'n transducer gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgeplak is, en 'n hidrofoon om die teruggekeerde eggo op te spoor. Deur 'n hoë uit te straal frekwensie puls van die transducer en die meting van die tyd wat dit neem om die eggo van klankgolwe te hoor wat van 'n voorwerp bons, kon hulle die afstand na die voorwerp bereken. Hulle het piëzo-elektrisiteit gebruik om sonar 'n sukses te maak, en die projek het 'n intense ontwikkeling en belangstelling in piëzo-elektriese toestelle geskep. Oor die dekades is nuwe piëzo-elektriese materiale en nuwe toepassings vir die materiale ondersoek en ontwikkel, en piëso-elektriese toestelle het tuistes in 'n verskeidenheid velde gevind. Keramiek-fonograafpatrone het spelerontwerp vereenvoudig en gemaak vir goedkoop en akkurate platespelers wat goedkoper was om in stand te hou en makliker om te bou.
Die ontwikkeling van ultrasoniese transducers het die maklike meting van viskositeit en elastisiteit van vloeistowwe en vaste stowwe moontlik gemaak, wat groot vordering in materiaalnavorsing tot gevolg gehad het.
Lineêre Elektromeganiese Interaksie
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere materiale om 'n elektriese lading op te wek wanneer dit aan meganiese spanning onderwerp word. Die woord is afgelei van die Griekse woorde πιέζειν (piezein) wat "om te druk of te druk" beteken en ἤλεκτρον (ēlektron) wat "barnsteen" beteken, wat 'n antieke bron van elektriese lading was.
Piëzo-elektrisiteit is in 1880 deur die Franse fisici Jacques en Pierre Curie ontdek. Dit is gebaseer op die lineêre elektromeganiese interaksie tussen die meganiese en elektriese toestande van kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Hierdie effek is omkeerbaar, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon ook 'n omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, waardeur interne generering van meganiese spanning voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Voorbeelde van materiale wat meetbare piëso-elektrisiteit genereer wanneer dit van hul statiese struktuur vervorm word, sluit in loodsirkonaattitanaatkristalle. Omgekeerd kan kristalle hul statiese dimensie verander wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, wat bekend staan as die omgekeerde piëso-elektriese effek en word gebruik in die produksie van ultraklankgolwe.
Piëso-elektrisiteit is ontgin vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings, soos:
• Produksie en opsporing van klank
• Piëzo-elektriese inkjet-drukwerk
• Opwekking van hoëspanning elektrisiteit
• Horlosiegenerator
• Elektroniese toestelle
• Mikrobalanse
• Ry ultrasoniese spuitpunte
• Ultrafyn fokus-optiese samestellings
• Vorm die basis van skanderingsondersoekmikroskope om beelde op die skaal van atome op te los
• Bakkies in elektronies versterkte kitare
• Snellers in moderne elektroniese tromme
• Die opwekking van vonke om gas in kook- en verhittingtoestelle aan die brand te steek
• Fakkels en sigaretaanstekers
Piëzo-elektrisiteit vind ook alledaagse gebruike in die piro-elektriese effek, wat 'n materiaal is wat 'n elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering. Dit is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met behulp van kennis van René Haüy en Antoine César Becquerel, wat 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading voorgehou het. Eksperimente het egter onbeslis bewys.
Om 'n piëzo-kristal in die Curie-kompensator by die Hunterian Museum in Skotland te bekyk, is 'n demonstrasie van die direkte piëso-elektriese effek. Dit was die werk van die broers Pierre en Jacques Curie wat die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, verken en gedefinieer het, wat uitgeloop het op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Handboek van Kristalfisika). Dit het die natuurlike kristalklasse beskryf wat in staat is tot piëso-elektrisiteit en die piëso-elektriese konstantes streng gedefinieer deur tensor-analise, wat gelei het tot die praktiese toepassing van piëso-elektriese toestelle.
Sonar is tydens die Eerste Wêreldoorlog ontwikkel, toe Frankryk se Paul Langevin en sy medewerkers 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel het. Hierdie detektor het bestaan uit 'n omvormer gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgeplak is, en 'n hidrofoon om die teruggekeerde eggo op te spoor nadat 'n hoëfrekwensie-puls van die omskakelaar uitgestuur is. Deur die tyd te meet wat dit neem om die eggo van klankgolwe te hoor wat van 'n voorwerp af weerkaats, kon hulle die afstand van die voorwerp bereken deur van piëso-elektrisiteit gebruik te maak. Die sukses van hierdie projek het 'n intense ontwikkeling en belangstelling in piëso-elektriese toestelle oor die dekades geskep, met nuwe piëso-elektriese materiale en nuwe toepassings vir hierdie materiale wat ondersoek en ontwikkel is. Piëso-elektriese toestelle het tuiste gevind in baie velde, soos keramiek-fonograafpatrone, wat spelerontwerp vereenvoudig het en vir goedkoper en meer akkurate platespelers gemaak het, en goedkoper en makliker om te bou en in stand te hou.
Die ontwikkeling van ultrasoniese transduktors het maklike meting van die viskositeit en elastisiteit van vloeistowwe en vaste stowwe moontlik gemaak, wat groot vordering in materiaalnavorsing tot gevolg gehad het. Ultrasoniese tyddomeinreflektometers stuur 'n ultrasoniese puls in 'n materiaal en meet die refleksies en diskontinuïteite om foute binne gegote metaal- en klipvoorwerpe te vind, wat strukturele veiligheid verbeter. Na die Tweede Wêreldoorlog het onafhanklike navorsingsgroepe in die Verenigde State, Rusland en Japan 'n nuwe klas sintetiese materiale genaamd ferro-elektriese materiaal ontdek, wat piëso-elektriese konstantes baie keer hoër as natuurlike materiale vertoon het. Dit het gelei tot intense navorsing om bariumtitanaat, en later loodsirkonaattitanaat, materiale met spesifieke eienskappe vir spesifieke toepassings te ontwikkel.
'n Beduidende voorbeeld van die gebruik van piëzo-elektriese kristalle is ontwikkel deur Bell Telephone Laboratories na die Tweede Wêreldoorlog. Frederick R. Lack, werksaam in die radiotelefonie-ingenieursafdeling,
Omkeerbare proses
Piëso-elektrisiteit is 'n elektriese lading wat ophoop in sekere vaste materiale, soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA. Dit is die reaksie van hierdie materiale op toegepaste meganiese spanning. Die woord 'piezo-elektrisiteit' kom van die Griekse woorde 'piezein' wat 'druk' of 'druk' beteken en 'ēlektron' wat 'barnsteen' beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Die piëso-elektriese effek is die gevolg van die lineêre elektromeganiese interaksie tussen die meganiese en elektriese toestande van kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Dit is 'n omkeerbare proses, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon, ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Voorbeelde van materiale wat meetbare piëso-elektrisiteit genereer, sluit in loodsirkonaattitanaatkristalle. Wanneer die statiese struktuur van hierdie kristalle vervorm word, keer hulle terug na hul oorspronklike dimensie, en omgekeerd, wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, verander hulle hul statiese dimensie, wat ultraklankgolwe produseer.
Franse fisici Jacques en Pierre Curie het piëzo-elektrisiteit ontdek in 1880. Dit is sedertdien ontgin vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers, elektroniese toestelle, mikrobalanse, dryf ultrasoniese spuitpunte, en ultrafyn fokus optiese samestellings. Dit vorm ook die basis vir die skandering van sondemikroskope, wat beelde op die skaal van atome kan oplos. Piëzo-elektrisiteit word ook gebruik in bakkies vir elektronies versterkte kitare en snellers vir moderne elektroniese tromme.
Piëzo-elektrisiteit vind ook alledaagse gebruike, soos om vonke op te wek om gas in kook- en verhittingtoestelle, fakkels, sigaretaanstekers, en meer aan die brand te steek. Die piro-elektriese effek, waarin 'n materiaal 'n elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering, is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus, Franz Aepinus en René Haüy bestudeer, met behulp van kennis van amber. Antoine César Becquerel het 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading voorgehou, maar eksperimente was onbeslis.
Besoekers aan die Hunterian Museum in Glasgow kan die Piezo Crystal Curie Compensator besigtig, 'n demonstrasie van die direkte piëso-elektriese effek deur die broers Pierre en Jacques Curie. Die kombinasie van hul kennis van piro-elektrisiteit met 'n begrip van die onderliggende kristalstrukture het aanleiding gegee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit en die vermoë om kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer met die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout. Natrium- en kaliumtartraat-tetrahidraat en kwarts het ook piëso-elektrisiteit getoon, en 'n piëso-elektriese skyf is gebruik om 'n spanning op te wek wanneer dit vervorm is. Hierdie verandering in vorm is grootliks deur die Curies oordryf om die omgekeerde piëso-elektriese effek te voorspel. Die omgekeerde effek is wiskundig afgelei uit fundamentele termodinamiese beginsels deur Gabriel Lippmann in 1881.
Die Curies het onmiddellik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle. Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly, maar dit was 'n belangrike hulpmiddel in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hulle werk om die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, te verken en te definieer, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics). Dit het die natuurlike kristalklasse beskryf wat tot piëso-elektrisiteit in staat is en die piëso-elektriese konstantes streng gedefinieer deur gebruik te maak van tensoranalise.
Die praktiese toepassing van piëzo-elektriese toestelle, soos sonar, is tydens die Eerste Wêreldoorlog ontwikkel. In Frankryk het Paul Langevin en sy medewerkers 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel. Hierdie detektor het bestaan uit 'n transducer gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgeplak is, en 'n hidrofoon om die teruggekeerde eggo op te spoor. Deur ’n hoëfrekwensie-puls van die omskakelaar uit te stuur en die tyd te meet wat dit neem om die eggo van die klankgolwe wat van ’n voorwerp af weerkaats te hoor, kon hulle die afstand van die voorwerp bereken. Hulle het piëzo-elektrisiteit gebruik om hierdie sonar 'n sukses te maak. Hierdie projek het 'n intense ontwikkeling en belangstelling in piëso-elektriese toestelle geskep, en oor die dekades is nuwe piëso-elektriese materiale en nuwe toepassings vir hierdie materiale ondersoek en ontwikkel. Piëzo-elektriese toestelle
Wat veroorsaak piëzo-elektrisiteit?
In hierdie afdeling sal ek die oorsprong van piëzo-elektrisiteit en die verskillende materiale wat hierdie verskynsel vertoon, ondersoek. Ek gaan kyk na die Griekse woord 'piezein', die antieke bron van elektriese lading, en die piroelektrisiteitseffek. Ek sal ook die ontdekkings van Pierre en Jacques Curie en die ontwikkeling van piëso-elektriese toestelle in die 20ste eeu bespreek.
Griekse woord Piezein
Piëzo-elektrisiteit is die ophoping van elektriese lading in sekere vaste materiale, soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA. Dit word veroorsaak deur die reaksie van hierdie materiale op toegepaste meganiese spanning. Die woord piëzo-elektrisiteit kom van die Griekse woord "piezein", wat beteken "om te druk of te druk", en "ēlektron", wat "barnsteen" beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Die piëso-elektriese effek is die gevolg van die lineêre elektromeganiese interaksie tussen die meganiese en elektriese toestande van kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Dit is 'n omkeerbare proses, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Byvoorbeeld, loodsirkonaattitanaatkristalle genereer meetbare piëso-elektrisiteit wanneer hul statiese struktuur vervorm word vanaf die oorspronklike dimensie. Omgekeerd kan kristalle hul statiese dimensie verander wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, wat bekend staan as die omgekeerde piëso-elektriese effek en is die produksie van ultraklankgolwe.
Die Franse fisici Jacques en Pierre Curie het piëzo-elektrisiteit in 1880 ontdek. Die piëzo-elektriese effek is uitgebuit vir baie nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning elektrisiteit, klokopwekkers en elektroniese toestelle soos mikrobalanse , dryf ultrasoniese spuitpunte, en ultrafyn fokus optiese samestellings. Dit vorm ook die basis van skanderingsondersoekmikroskope, wat beelde op die skaal van atome kan oplos. Piëzo-elektrisiteit word ook gebruik in bakkies vir elektronies versterkte kitare en snellers vir moderne elektroniese tromme.
Piëzo-elektrisiteit vind alledaagse gebruike, soos om vonke op te wek om gas in kook- en verhittingtoestelle, fakkels, sigaretaanstekers, en meer aan die brand te steek. Die piro-elektriese effek, wat die opwekking van elektriese potensiaal is in reaksie op 'n temperatuurverandering, is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met die kennis van René Haüy en Antoine César Becquerel, wat 'n verwantskap tussen meganiese spanning en elektriese lading. Eksperimente het onbeslis bewys.
By die museum in Skotland kan besoekers 'n piëzo-kristal Curie-kompensator besigtig, 'n demonstrasie van die direkte piëso-elektriese effek deur die broers Pierre en Jacques Curie. Die kombinasie van hul kennis van piro-elektrisiteit met 'n begrip van die onderliggende kristalstrukture het aanleiding gegee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit en die vermoë om die kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer deur die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout. Natriumkaliumtartraat-tetrahidraat en kwarts van Rochelle-sout het piëso-elektrisiteit getoon, en 'n piëso-elektriese skyf genereer spanning wanneer dit vervorm word. Hierdie verandering in vorm is baie oordryf in die Curies se demonstrasie.
Die Curies het voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle. Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly totdat dit 'n belangrike hulpmiddel geword het in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hulle werk om die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, te verken en te definieer, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Teksboek van Kristalfisika). Dit het die natuurlike kristalklasse beskryf wat tot piëso-elektrisiteit in staat is en die piëso-elektriese konstantes streng gedefinieer deur tensor-analise.
Hierdie praktiese toepassing van piëzo-elektrisiteit het gelei tot die ontwikkeling van sonar tydens die Eerste Wêreldoorlog. In Frankryk het Paul Langevin en sy medewerkers 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel. Die detektor het bestaan uit 'n omskakelaar gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgegom is, wat 'n hidrofoon genoem word, om die teruggekeerde eggo op te spoor nadat dit 'n hoëfrekwensie-puls uitgestuur het. Die omskakelaar het die tyd gemeet wat dit geneem het om die eggo van klankgolwe te hoor wat van 'n voorwerp af bons om die afstand van die voorwerp te bereken. Die gebruik van piëzo-elektrisiteit in sonar was 'n sukses, en die projek het 'n intense ontwikkeling en belangstelling in piëzo-elektriese toestelle vir dekades geskep.
Nuwe piëzo-elektriese materiale en nuwe toepassings vir hierdie materiale is ondersoek en ontwikkel, en piëzo-elektriese toestelle het tuiste gevind in baie velde, soos keramiek-fonograafpatrone, wat die spelerontwerp vereenvoudig het en gemaak het vir goedkoper, meer akkurate platespelers wat goedkoper was om in stand te hou en makliker te maak. om te bou. Die ontwikkeling
Antieke bron van elektriese lading
Piëso-elektrisiteit is die elektriese lading wat in sekere vaste materiale ophoop, soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA. Dit word veroorsaak deur die reaksie van die materiaal op toegepaste meganiese spanning. Die woord 'piezo-elektrisiteit' kom van die Griekse woord 'piezein', wat 'om te druk of te druk' beteken, en die woord 'elektron', wat 'amber' beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Die piëso-elektriese effek is die gevolg van die lineêre elektromeganiese interaksie tussen die meganiese en elektriese toestande van kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Dit is 'n omkeerbare proses, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Byvoorbeeld, loodsirkonaattitanaatkristalle genereer meetbare piëso-elektrisiteit wanneer hul statiese struktuur vervorm word vanaf die oorspronklike dimensie. Omgekeerd, wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, verander die kristalle hul statiese dimensie in 'n omgekeerde piëso-elektriese effek, wat ultraklankgolwe produseer.
Die piëso-elektriese effek is in 1880 deur Franse fisici Jacques en Pierre Curie ontdek. Dit word gebruik vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers en elektroniese toestelle soos mikrobalanse en dryf-ultrasoniese spuitpunte vir ultrafyn fokus van optiese samestellings. Dit vorm ook die basis vir skandering van sondemikroskope, wat gebruik word om beelde op die skaal van atome op te los. Piëzo-elektrisiteit word ook gebruik in bakkies vir elektronies versterkte kitare en snellers vir moderne elektroniese tromme.
Piëso-elektrisiteit vind alledaagse gebruike om vonke op te wek om gas in kook- en verhittingtoestelle, fakkels, sigaretaanstekers en meer aan die brand te steek. Die piro-elektriese effek, wat die produksie van elektriese potensiaal in reaksie op 'n temperatuurverandering is, is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met die kennis van René Haüy en Antoine César Becquerel wat 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading. Hulle eksperimente was egter onbeslis.
Die uitsig van 'n piëzo-kristal en die Curie-kompenseerder by die Hunterian Museum in Skotland demonstreer die direkte piëzo-elektriese effek. Dit was die werk van die broers Pierre en Jacques Curie wat die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, verken en gedefinieer het, wat uitgeloop het op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Handboek van Kristalfisika). Dit het die natuurlike kristalklasse beskryf wat in staat is tot piëso-elektrisiteit en die piëso-elektriese konstantes streng gedefinieer deur tensor-analise, wat die praktiese toepassing van piëso-elektriese toestelle moontlik maak.
Sonar is tydens die Eerste Wêreldoorlog ontwikkel deur Frankryk se Paul Langevin en sy medewerkers, wat 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel het. Die detektor het bestaan uit 'n transducer gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgeplak is, en 'n hidrofoon om die teruggekeerde eggo op te spoor. Deur 'n hoëfrekwensie-puls van die omskakelaar uit te stuur en die tyd te meet wat dit neem om die eggo van die klankgolwe wat van 'n voorwerp af weerkaats te hoor, kon hulle die afstand na die voorwerp bereken. Hulle het piëzo-elektrisiteit gebruik om hierdie sonar 'n sukses te maak. Die projek het vir dekades 'n intense ontwikkeling en belangstelling in piëzo-elektriese toestelle geskep.
Piro-elektrisiteit
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere materiale om elektriese lading op te bou in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Dit is 'n lineêre elektromeganiese interaksie tussen die meganiese en elektriese toestande van kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Die woord "piezo-elektrisiteit" is afgelei van die Griekse woord "piezein", wat beteken "om te druk of te druk", en die Griekse woord "ēlektron", wat "amber" beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Die piëso-elektriese effek is ontdek deur die Franse fisici Jacques en Pierre Curie in 1880. Dit is 'n omkeerbare proses, wat beteken dat materiale wat die piëso-elektriese effek vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Voorbeelde van materiale wat meetbare piëso-elektrisiteit genereer, sluit in loodsirkonaattitanaatkristalle. Wanneer 'n statiese struktuur vervorm word, keer dit terug na sy oorspronklike dimensie. Omgekeerd, wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, word die omgekeerde piëso-elektriese effek geproduseer, wat lei tot die produksie van ultraklankgolwe.
Die piëzo-elektriese effek word uitgebuit vir baie nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers en elektroniese toestelle soos mikrobalanse, dryf-ultrasoniese spuitpunte en ultrafyn fokus-optiese samestellings. Dit is ook die basis vir die skandering van sondemikroskope, wat gebruik word om beelde op die skaal van atome op te los. Piëzo-elektrisiteit word ook gebruik in bakkies vir elektronies versterkte kitare, en snellers vir moderne elektroniese tromme.
Piëso-elektrisiteit vind alledaagse gebruike, soos om vonke op te wek om gas in kook- en verhittingtoestelle, fakkels, sigaretaanstekers, en meer te laat ontbrand. Die piro-elektriese effek, wat die produksie van elektriese potensiaal is in reaksie op 'n temperatuurverandering, is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met die kennis van René Haüy en Antoine César Becquerel, wat 'n verwantskap gestel het. tussen meganiese spanning en elektriese lading. Eksperimente het egter onbeslis bewys.
Die uitsig van 'n piëzo-kristal by die Curie Compensator Museum in Skotland is 'n demonstrasie van die direkte piëzo-elektriese effek. Die broers Pierre en Jacques Curie het hul kennis van piro-elektrisiteit en hul begrip van die onderliggende kristalstrukture gekombineer om aanleiding te gee tot die begrip van piro-elektrisiteit en om die kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer in die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout. Daar is gevind dat natriumkaliumtartraattetrahidraat en kwarts piëso-elektrisiteit toon, en 'n piëso-elektriese skyf is gebruik om 'n spanning op te wek wanneer dit vervorm word. Dit is baie oordryf deur die Curies om die omgekeerde piëso-elektriese effek te voorspel. Die omgekeerde effek is wiskundig afgelei deur fundamentele termodinamiese beginsels deur Gabriel Lippmann in 1881.
Die Curies het onmiddellik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle. In die dekades wat gevolg het, het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly totdat dit 'n belangrike hulpmiddel geword het in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hulle werk om die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, te verken en te definieer, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics).
Die ontwikkeling van sonar was 'n sukses, en die projek het 'n intense ontwikkeling en belangstelling in piëso-elektriese toestelle geskep. In die daaropvolgende dekades is nuwe piëso-elektriese materiale en nuwe toepassings vir hierdie materiale ondersoek en ontwikkel. Piëso-elektriese toestelle het tuistes in baie velde gevind, soos keramiek-fonograafpatrone, wat die spelerontwerp vereenvoudig het en vir goedkoper, meer akkurate platespelers gemaak het wat goedkoper was om te onderhou en makliker om te bou. Die ontwikkeling van ultrasoniese transducers het die maklike meting van viskositeit en elastisiteit van vloeistowwe en vaste stowwe moontlik gemaak, wat groot vordering in materiaalnavorsing tot gevolg gehad het. Ultrasoniese tyddomeinreflektometers stuur 'n ultrasoniese puls in 'n materiaal en meet die refleksies en diskontinuïteite om foute binne gegote metaal- en klipvoorwerpe te vind, wat strukturele veiligheid verbeter.
Na die Tweede Wêreldoorlog het onafhanklike navorsingsgroepe in die Verenigde State, Rusland en Japan 'n nuwe klas sintetiese materiale genaamd ferro-elektriese materiaal ontdek wat piëso-elektriese konstantes vertoon wat
Piëzo-elektriese materiale
In hierdie afdeling sal ek die materiale bespreek wat die piëso-elektriese effek vertoon, wat die vermoë is van sekere materiale om elektriese lading op te bou in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Ek sal kyk na kristalle, keramiek, biologiese materiaal, been, DNA en proteïene, en hoe hulle almal reageer op die piëso-elektriese effek.
kristalle
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere materiale om elektriese lading op te bou in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Die woord piëzo-elektrisiteit is afgelei van die Griekse woorde πιέζειν (piezein) wat 'druk' of 'druk' beteken en ἤλεκτρον (ēlektron) wat 'barnsteen' beteken, 'n antieke bron van elektriese lading. Piëso-elektriese materiale sluit kristalle, keramiek, biologiese materiaal, been, DNA en proteïene in.
Piëso-elektrisiteit is 'n lineêre elektromeganiese interaksie tussen meganiese en elektriese toestande in kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Hierdie effek is omkeerbaar, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon, ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Voorbeelde van materiale wat meetbare piëso-elektrisiteit genereer, sluit in loodsirkonaattitanaatkristalle, wat vervorm kan word tot hul oorspronklike dimensie of omgekeerd, hul statiese dimensie verander wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word. Dit staan bekend as die omgekeerde piëso-elektriese effek, en word gebruik om ultraklankgolwe te produseer.
Franse fisici Jacques en Pierre Curie het piëzo-elektrisiteit in 1880 ontdek. Die piëzo-elektriese effek is uitgebuit vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers en elektroniese toestelle soos bv. as mikrobalanse, dryf ultrasoniese spuitpunte, en ultrafyn fokus optiese samestellings. Dit vorm ook die basis vir skandering van sondemikroskope, wat gebruik word om beelde op die skaal van atome op te los. Piëso-elektriese bakkies word ook gebruik in elektronies versterkte kitare en snellers in moderne elektroniese tromme.
Piëzo-elektrisiteit vind alledaagse gebruike om vonke op te wek om gas in kook- en verhittingtoestelle aan te steek, sowel as in fakkels en sigaretaanstekers. Die piro-elektriese effek, wat die opwekking van elektriese potensiaal is in reaksie op 'n temperatuurverandering, is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met behulp van kennis van René Haüy en Antoine César Becquerel, wat 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading. Eksperimente om hierdie teorie te bewys was onbeslis.
Die aansig van 'n piëzo-kristal in die Curie-kompensator by die Hunterian Museum in Skotland is 'n demonstrasie van die direkte piëso-elektriese effek. Die broers Pierre en Jacques Curie het hul kennis van piro-elektrisiteit gekombineer met 'n begrip van die onderliggende kristalstrukture om aanleiding te gee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit. Hulle kon die kristalgedrag voorspel en het die effek in kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout gedemonstreer. Natriumkaliumtartraattetrahidraat en kwarts het ook piëso-elektrisiteit getoon. 'n Piëso-elektriese skyf genereer spanning wanneer dit vervorm word; die verandering in vorm is baie oordrewe in die Curies se demonstrasie.
Hulle was ook in staat om die omgekeerde piëso-elektriese effek te voorspel en wiskundig die fundamentele termodinamiese beginsels daaragter af te lei. Gabriel Lippmann het dit in 1881 gedoen. Die Curies het dadelik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig en voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle.
Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly, maar dit was 'n belangrike hulpmiddel in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hulle werk om die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, te verken en te definieer, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics), wat die natuurlike kristalklasse beskryf wat in staat is tot piëzo-elektrisiteit en die piëzo-elektriese konstantes streng gedefinieer het deur gebruik te maak van tensoranalise.
Die praktiese toepassing van piëso-elektriese toestelle in sonar is ontwikkel tydens die Eerste Wêreldoorlog. In Frankryk het Paul Langevin en sy medewerkers 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel. Hierdie detektor het bestaan uit 'n omskakelaar gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgeplak is, wat 'n hidrofoon genoem word, om die teruggekeerde eggo op te spoor nadat 'n hoëfrekwensie-puls uitgestuur is. Deur die tyd te meet wat dit neem om die eggo van klankgolwe te hoor wat van 'n voorwerp af bons, kon hulle die afstand na die voorwerp bereken. Hierdie gebruik van piëzo-elektrisiteit in sonar was 'n sukses, en die projek het 'n intense ontwikkeling en belangstelling in piëzo-elektriese toestelle oor die dekades heen geskep.
keramiek
Piëso-elektriese materiale is vaste stowwe wat elektriese lading ophoop in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Piëso-elektrisiteit is afgelei van die Griekse woorde πιέζειν (piezein) wat 'druk' of 'druk' beteken en ἤλεκτρον (ēlektron) wat 'barnsteen' beteken, 'n antieke bron van elektriese lading. Piëso-elektriese materiale word in 'n verskeidenheid toepassings gebruik, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk en die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit.
Piëso-elektriese materiale word gevind in kristalle, keramiek, biologiese materiaal, been, DNA en proteïene. Keramiek is die mees algemene piëzo-elektriese materiale wat in alledaagse toepassings gebruik word. Keramiek word gemaak van 'n kombinasie van metaaloksiede, soos loodsirkonaattitanaat (PZT), wat tot hoë temperature verhit word om 'n vaste stof te vorm. Keramiek is hoogs duursaam en kan uiterste temperature en druk weerstaan.
Piëso-elektriese keramiek het 'n verskeidenheid gebruike, insluitend:
• Die opwekking van vonke om gas aan te steek vir kook- en verhittingstoestelle, soos fakkels en sigaretaanstekers.
• Generering van ultraklankgolwe vir mediese beeldvorming.
• Die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit vir klokopwekkers en elektroniese toestelle.
• Genereer mikrobalanse vir gebruik in presisie weeg.
• Aandryf ultrasoniese spuitpunte vir ultrafyn fokusering van optiese samestellings.
• Vorm die basis vir skandering van sondemikroskope, wat beelde op die skaal van atome kan oplos.
• Bakkies vir elektronies versterkte kitare en snellers vir moderne elektroniese tromme.
Piëso-elektriese keramiek word in 'n wye reeks toepassings gebruik, van verbruikerselektronika tot mediese beeldvorming. Hulle is hoogs duursaam en kan uiterste temperature en druk weerstaan, wat hulle ideaal maak vir gebruik in 'n verskeidenheid nywerhede.
Biologiese Materie
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere materiale om elektriese lading op te bou in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Dit is afgelei van die Griekse woord 'piezein', wat 'om te druk of te druk' beteken, en 'ēlektron', wat 'barnsteen' beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Biologiese stowwe soos been, DNA en proteïene is van die materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon. Hierdie effek is omkeerbaar, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Voorbeelde van hierdie materiale sluit loodsirkonaattitanaatkristalle in, wat meetbare piëso-elektrisiteit genereer wanneer hul statiese struktuur van die oorspronklike dimensie vervorm word. Omgekeerd, wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, verander die kristalle hul statiese dimensie, wat ultraklankgolwe produseer deur die omgekeerde piëso-elektriese effek.
Die ontdekking van piëzo-elektrisiteit is gemaak deur die Franse fisici Jacques en Pierre Curie in 1880. Dit is sedertdien vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings ontgin, soos:
• Produksie en opsporing van klank
• Piëzo-elektriese inkjet-drukwerk
• Opwekking van hoëspanning elektrisiteit
• Horlosiegenerator
• Elektroniese toestelle
• Mikrobalanse
• Ry ultrasoniese spuitpunte
• Ultrafyn fokus-optiese samestellings
• Vorm die basis van skanderingsondersoekmikroskope
• Los beelde op die skaal van atome op
• Bakkies in elektronies versterkte kitare
• Snellers in moderne elektroniese tromme
Piëzo-elektrisiteit word ook gebruik in alledaagse items soos gaskook- en verwarmingstoestelle, fakkels, sigaretaanstekers, en meer. Die piro-elektriese effek, wat die produksie van elektriese potensiaal is in reaksie op 'n temperatuurverandering, is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer. Op grond van die kennis van René Haüy en Antoine César Becquerel, het hulle 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading gestel, maar hul eksperimente was onbeslis.
Die aansig van 'n piëzo-kristal in die Curie Compensator by die Hunterian Museum in Skotland is 'n demonstrasie van die direkte piëso-elektriese effek. Die broers Pierre en Jacques Curie het hul kennis van piro-elektrisiteit en hul begrip van die onderliggende kristalstrukture gekombineer om aanleiding te gee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit en om die kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer deur die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout. Natrium- en kaliumtartraat-tetrahidraat en kwarts het ook piëso-elektrisiteit getoon, en 'n piëso-elektriese skyf is gebruik om 'n spanning op te wek wanneer dit vervorm is. Hierdie effek is grootliks deur die Curies oordryf om die omgekeerde piëso-elektriese effek te voorspel. Die omgekeerde effek is wiskundig afgelei uit fundamentele termodinamiese beginsels deur Gabriel Lippmann in 1881.
Die Curies het onmiddellik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en het voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle. Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly totdat dit 'n belangrike hulpmiddel geword het in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hulle werk om die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, te verken en te definieer, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se 'Lehrbuch der Kristallphysik' (Handboek van Kristalfisika).
Been
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere materiale om elektriese lading op te bou in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Been is een so 'n materiaal wat hierdie verskynsel vertoon.
Been is 'n soort biologiese stof wat bestaan uit proteïene en minerale, insluitend kollageen, kalsium en fosfor. Dit is die mees piëzo-elektriese van alle biologiese materiale, en is in staat om 'n spanning op te wek wanneer dit aan meganiese spanning onderwerp word.
Die piëso-elektriese effek in been is die gevolg van sy unieke struktuur. Dit is saamgestel uit 'n netwerk van kollageenvesels wat in 'n matriks van minerale ingebed is. Wanneer die been aan meganiese spanning onderwerp word, beweeg die kollageenvesels, wat veroorsaak dat die minerale gepolariseer word en 'n elektriese lading genereer.
Die piëso-elektriese effek in been het 'n aantal praktiese toepassings. Dit word gebruik in mediese beelding, soos ultraklank- en X-straalbeelding, om beenfrakture en ander abnormaliteite op te spoor. Dit word ook gebruik in beengeleiding gehoorapparate, wat die piëso-elektriese effek gebruik om klankgolwe om te skakel in elektriese seine wat direk na die binneoor gestuur word.
Die piëso-elektriese effek in been word ook gebruik in ortopediese inplantings, soos kunsmatige gewrigte en prostetiese ledemate. Die inplantings gebruik die piëso-elektriese effek om meganiese energie in elektriese energie om te skakel, wat dan gebruik word om die toestel aan te dryf.
Daarbenewens word die piëso-elektriese effek in been ondersoek vir gebruik in die ontwikkeling van nuwe mediese behandelings. Navorsers ondersoek byvoorbeeld die gebruik van piëzo-elektrisiteit om beengroei te stimuleer en beskadigde weefsel te herstel.
Oor die algemeen is die piëzo-elektriese effek in been 'n fassinerende verskynsel met 'n wye reeks praktiese toepassings. Dit word in 'n verskeidenheid mediese en tegnologiese toepassings gebruik, en word ondersoek vir gebruik in die ontwikkeling van nuwe behandelings.
DNA
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere materiale om elektriese lading op te bou in reaksie op toegepaste meganiese spanning. DNA is een so 'n materiaal wat hierdie effek vertoon. DNA is 'n biologiese molekule wat in alle lewende organismes voorkom en bestaan uit vier nukleotiedbasisse: adenien (A), guanien (G), sitosien (C) en timien (T).
DNA is 'n komplekse molekule wat gebruik kan word om elektriese lading op te wek wanneer dit aan meganiese spanning onderwerp word. Dit is te wyte aan die feit dat DNS-molekules bestaan uit twee stringe nukleotiede wat deur waterstofbindings bymekaar gehou word. Wanneer hierdie bindings verbreek word, word elektriese lading opgewek.
Die piëso-elektriese effek van DNA is in 'n verskeidenheid toepassings gebruik, insluitend:
• Die opwekking van elektrisiteit vir mediese inplantings
• Bespeur en meet meganiese kragte in selle
• Ontwikkeling van nanoskaalsensors
• Die skep van biosensors vir DNA-volgordebepaling
• Genereer ultraklankgolwe vir beeldvorming
Die piëzo-elektriese effek van DNS word ook ondersoek vir die potensiële gebruik daarvan in die ontwikkeling van nuwe materiale, soos nanodrade en nanobuise. Hierdie materiale kan vir 'n verskeidenheid toepassings gebruik word, insluitend energieberging en -waarneming.
Die piëso-elektriese effek van DNA is omvattend bestudeer en daar is gevind dat dit hoogs sensitief is vir meganiese spanning. Dit maak dit 'n waardevolle hulpmiddel vir navorsers en ingenieurs wat nuwe materiale en tegnologieë wil ontwikkel.
Ten slotte, DNA is 'n materiaal wat die piëso-elektriese effek vertoon, wat die vermoë is om elektriese lading op te bou in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Hierdie effek is in 'n verskeidenheid toepassings gebruik, insluitend mediese inplantings, nanoskaalsensors en DNA-volgordebepaling. Dit word ook ondersoek vir die potensiële gebruik daarvan in die ontwikkeling van nuwe materiale, soos nanodrade en nanobuise.
Proteïene
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere materiale om elektriese lading op te bou in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Piëso-elektriese materiale, soos proteïene, kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA, vertoon hierdie effek. Proteïene, in die besonder, is 'n unieke piëso-elektriese materiaal, aangesien hulle saamgestel is uit 'n komplekse struktuur van aminosure wat vervorm kan word om elektriese lading op te wek.
Proteïene is die volopste tipe piëzo-elektriese materiaal, en hulle word in 'n verskeidenheid vorme aangetref. Hulle kan gevind word in die vorm van ensieme, hormone en teenliggaampies, sowel as in die vorm van strukturele proteïene soos kollageen en keratien. Proteïene word ook aangetref in die vorm van spierproteïene, wat verantwoordelik is vir spiersametrekking en ontspanning.
Die piëso-elektriese effek van proteïene is te wyte aan die feit dat hulle saamgestel is uit 'n komplekse struktuur van aminosure. Wanneer hierdie aminosure vervorm word, genereer hulle elektriese lading. Hierdie elektriese lading kan dan gebruik word om 'n verskeidenheid toestelle, soos sensors en aktuators, aan te dryf.
Proteïene word ook in 'n verskeidenheid mediese toepassings gebruik. Hulle word byvoorbeeld gebruik om die teenwoordigheid van sekere proteïene in die liggaam op te spoor, wat gebruik kan word om siektes te diagnoseer. Hulle word ook gebruik om die teenwoordigheid van sekere bakterieë en virusse op te spoor, wat gebruik kan word om infeksies te diagnoseer.
Proteïene word ook in 'n verskeidenheid industriële toepassings gebruik. Hulle word byvoorbeeld gebruik om sensors en aktuators vir 'n verskeidenheid industriële prosesse te skep. Hulle word ook gebruik om materiaal te skep wat gebruik kan word in die konstruksie van vliegtuie en ander voertuie.
Ten slotte, proteïene is 'n unieke piëso-elektriese materiaal wat in 'n verskeidenheid toepassings gebruik kan word. Hulle bestaan uit 'n komplekse struktuur van aminosure wat vervorm kan word om elektriese lading op te wek, en hulle word in 'n verskeidenheid mediese en industriële toepassings gebruik.
Energie-oes met piëzo-elektrisiteit
In hierdie afdeling sal ek bespreek hoe piëzo-elektrisiteit gebruik kan word om energie te oes. Ek sal kyk na die verskillende toepassings van piëzo-elektrisiteit, van piëzo-elektriese inkjet-drukwerk tot klokopwekkers en mikrobalanse. Ek sal ook die geskiedenis van piëzo-elektrisiteit verken, van die ontdekking daarvan deur Pierre Curie tot die gebruik daarvan in die Tweede Wêreldoorlog. Ten slotte sal ek die huidige stand van die piëzo-elektriese industrie en die potensiaal vir verdere groei bespreek.
Piëzo-elektriese inkjet-drukwerk
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere materiale om 'n elektriese lading te genereer in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Die woord 'piezo-elektrisiteit' is afgelei van die Griekse woorde 'piezein' (om te druk of te druk) en 'elektron' (amber), 'n antieke bron van elektriese lading. Piëso-elektriese materiale, soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA, word in 'n verskeidenheid toepassings gebruik.
Piëso-elektrisiteit word gebruik om hoëspanning-elektrisiteit op te wek, as 'n klokgenerator, in elektroniese toestelle en in mikrobalanse. Dit word ook gebruik om ultrasoniese spuitpunte en ultrafyn fokus optiese samestellings aan te dryf. Piëso-elektriese inkjet-drukwerk is 'n gewilde toepassing van hierdie tegnologie. Dit is 'n tipe drukwerk wat piëso-elektriese kristalle gebruik om 'n hoëfrekwensievibrasie te genereer, wat gebruik word om druppels ink op 'n bladsy uit te stoot.
Die ontdekking van piëzo-elektrisiteit dateer terug na 1880, toe Franse fisici Jacques en Pierre Curie die effek ontdek het. Sedertdien is die piëzo-elektriese effek vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings ontgin. Piëzo-elektrisiteit word gebruik in alledaagse items soos gaskook- en verwarmingstoestelle, fakkels, sigaretaanstekers en bakkies in elektronies versterkte kitare en snellers in moderne elektroniese tromme.
Piëso-elektrisiteit word ook in wetenskaplike navorsing gebruik. Dit is die basis vir die skandering van sondemikroskope, wat gebruik word om beelde op 'n skaal van atome op te los. Dit word ook gebruik in ultrasoniese tyddomein-reflektometers, wat ultrasoniese pulse in 'n materiaal stuur en die refleksies meet om diskontinuïteite op te spoor en foute in gegote metaal- en klipvoorwerpe te vind.
Die ontwikkeling van piëzo-elektriese toestelle en materiale is gedryf deur die behoefte aan beter werkverrigting en makliker vervaardigingsprosesse. In die Verenigde State was die ontwikkeling van kwartskristalle vir kommersiële gebruik 'n groot faktor in die groei van die piëzo-elektriese industrie. Daarteenoor kon Japannese vervaardigers vinnig inligting deel en nuwe toepassings ontwikkel, wat tot vinnige groei in die Japannese mark gelei het.
Piëso-elektrisiteit het 'n rewolusie in die manier waarop ons energie gebruik, van alledaagse items soos aanstekers tot gevorderde wetenskaplike navorsing. Dit is 'n veelsydige tegnologie wat ons in staat gestel het om nuwe materiale en toepassings te verken en te ontwikkel, en dit sal nog vir jare 'n belangrike deel van ons lewens wees.
Opwekking van hoëspanning-elektrisiteit
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere vaste materiale om elektriese lading op te bou in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Die woord 'piezo-elektrisiteit' is afgelei van die Griekse woorde 'piezein' wat 'druk' of 'druk' beteken en 'ēlektron' wat 'barnsteen' beteken, 'n antieke bron van elektriese lading. Piëso-elektrisiteit is 'n lineêre elektromeganiese interaksie tussen meganiese en elektriese toestande in kristallyne materiale met inversiesimmetrie.
Die piëso-elektriese effek is 'n omkeerbare proses; materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon, vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek, die interne generering van meganiese spanning wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Byvoorbeeld, loodsirkonaattitanaatkristalle genereer meetbare piëso-elektrisiteit wanneer hul statiese struktuur vervorm word vanaf die oorspronklike dimensie. Omgekeerd kan kristalle hul statiese dimensie verander wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, 'n verskynsel bekend as die omgekeerde piëso-elektriese effek, wat gebruik word in die vervaardiging van ultraklankgolwe.
Die piëso-elektriese effek word in 'n verskeidenheid toepassings gebruik, insluitend die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit. Piëso-elektriese materiale word gebruik in die vervaardiging en opsporing van klank, in piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, in klokopwekkers, in elektroniese toestelle, in mikrobalanse, in dryf-ultrasoniese spuitpunte en in ultrafyn fokus-optiese samestellings.
Piëso-elektrisiteit word ook in alledaagse toepassings gebruik, soos om vonke op te wek om gas in kook- en verhittingstoestelle aan te steek, in fakkels, sigaretaanstekers en pyro-elektriese effekmateriale, wat elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering. Hierdie effek is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met behulp van kennis van René Haüy en Antoine César Becquerel, wat 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading voorgehou het, hoewel hul eksperimente onbeslis geblyk het.
Die gekombineerde kennis van piro-elektrisiteit en die begrip van die onderliggende kristalstrukture het aanleiding gegee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit en die vermoë om kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer deur die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout. Natriumkaliumtartraattetrahidraat en kwarts het ook piëso-elektrisiteit getoon, en 'n piëso-elektriese skyf is gebruik om 'n spanning op te wek wanneer dit vervorm is. Dit was baie oordryf in die Curies se demonstrasie van die direkte piëso-elektriese effek.
Die broers Pierre en Jacques Curie het voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle. Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly, maar dit was 'n belangrike hulpmiddel in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hulle werk om die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, te verken en te definieer, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics), wat die natuurlike kristalklasse beskryf wat in staat is tot piëzo-elektrisiteit en die piëzo-elektriese konstantes streng gedefinieer het deur gebruik te maak van tensoranalise.
Die praktiese toepassing van piëzo-elektriese toestelle het begin met die ontwikkeling van sonar tydens die Eerste Wêreldoorlog. In Frankryk het Paul Langevin en sy medewerkers 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel. Die detektor het bestaan uit 'n transducer gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgeplak is, en 'n hidrofoon om die teruggekeerde eggo op te spoor. Deur ’n hoëfrekwensie-puls van die omskakelaar uit te stuur en die tyd te meet wat dit neem om die eggo van die klankgolwe wat van ’n voorwerp af weerkaats te hoor, kon hulle die afstand van die voorwerp bereken. Hulle het piëzo-elektrisiteit gebruik om die sonar 'n sukses te maak, en die projek het 'n intense ontwikkeling en belangstelling in piëzo-elektriese toestelle oor die volgende dekades geskep.
Nuwe piëso-elektriese materiale en nuwe toepassings vir hierdie materiale is ondersoek en ontwikkel. Piëso-elektriese toestelle het tuiste gevind in 'n verskeidenheid velde, soos keramiek-fonograafpatrone, wat die spelerontwerp vereenvoudig het en vir goedkoper, meer akkurate platespelers gemaak het wat goedkoper was om te onderhou en makliker om te bou. Die ontwikkeling van ultrasoniese transducers het die maklike meting van viskositeit en elastisiteit van vloeistowwe en vaste stowwe moontlik gemaak, wat groot vordering in materiaalnavorsing tot gevolg gehad het. Ultrasoniese tyddomeinreflektometers stuur 'n ultrasoniese puls in 'n materiaal en meet die refleksies en diskontinuïteite om foute binne gegote metaal- en klipvoorwerpe te vind, wat strukturele veiligheid verbeter.
In die Tweede Wêreldoorlog het onafhanklike navorsingsgroepe in die Verenigde State, Rusland en Japan 'n nuwe klas sintetiese materiale genaamd fer ontdek
Klokgenerator
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere materiale om elektriese lading op te bou in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Hierdie verskynsel is gebruik om 'n aantal nuttige toepassings te skep, insluitend klokopwekkers. Klokgenerators is toestelle wat piëzo-elektrisiteit gebruik om elektriese seine met presiese tydsberekening op te wek.
Klokgenerators word in 'n verskeidenheid toepassings gebruik, soos in rekenaars, telekommunikasie en motorstelsels. Hulle word ook in mediese toestelle, soos pasaangeërs, gebruik om akkurate tydsberekening van elektriese seine te verseker. Klokgenerators word ook in industriële outomatisering en robotika gebruik, waar presiese tydsberekening noodsaaklik is.
Die piëso-elektriese effek is gebaseer op die lineêre elektromeganiese interaksie tussen meganiese en elektriese toestande in kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Hierdie effek is omkeerbaar, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon ook meganiese spanning kan opwek wanneer 'n elektriese veld toegepas word. Dit staan bekend as die omgekeerde piëso-elektriese effek en word gebruik om ultraklankgolwe te produseer.
Klokgenerators gebruik hierdie omgekeerde piëso-elektriese effek om elektriese seine met presiese tydsberekening op te wek. Die piëso-elektriese materiaal word deur 'n elektriese veld vervorm, wat dit teen 'n spesifieke frekwensie laat vibreer. Hierdie vibrasie word dan omgeskakel in 'n elektriese sein, wat gebruik word om 'n presiese tydsein te genereer.
Klokgenerators word in 'n verskeidenheid toepassings gebruik, van mediese toestelle tot industriële outomatisering. Hulle is betroubaar, akkuraat en maklik om te gebruik, wat dit 'n gewilde keuse maak vir baie toepassings. Piëso-elektrisiteit is 'n belangrike deel van moderne tegnologie, en klokopwekkers is maar een van die vele toepassings van hierdie verskynsel.
Elektroniese toestelle
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere vaste materiale om elektriese lading op te bou in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Hierdie verskynsel, bekend as die piëso-elektriese effek, word in 'n verskeidenheid elektroniese toestelle gebruik, van bakkies in elektronies versterkte kitare tot snellers in moderne elektroniese tromme.
Piëzo-elektrisiteit is afgelei van die Griekse woorde πιέζειν (piezein) wat "druk" of "druk" beteken en ἤλεκτρον (ēlektron) wat "barnsteen" beteken, 'n antieke bron van elektriese lading. Piëso-elektriese materiale is kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been- en DNA-proteïene, wat die piëso-elektriese effek vertoon.
Die piëso-elektriese effek is 'n lineêre elektromeganiese interaksie tussen meganiese en elektriese toestande in kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Dit is 'n omkeerbare proses, wat beteken dat materiale wat die piëso-elektriese effek vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Byvoorbeeld, loodsirkonaattitanaatkristalle genereer meetbare piëso-elektrisiteit wanneer hul statiese struktuur vervorm word vanaf die oorspronklike dimensie. Omgekeerd kan kristalle hul statiese dimensie verander wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, 'n verskynsel bekend as die omgekeerde piëso-elektriese effek, wat gebruik word in die vervaardiging van ultraklankgolwe.
Die ontdekking van piëzo-elektrisiteit word toegeskryf aan die Franse fisici Pierre en Jacques Curie, wat die direkte piëzo-elektriese effek in 1880 gedemonstreer het. Hulle gekombineerde kennis van piro-elektrisiteit en begrip van die onderliggende kristalstrukture het aanleiding gegee tot die voorspelling van die piro-elektriese effek, en die vermoë om te voorspel kristalgedrag is gedemonstreer met die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout.
Piëzo-elektrisiteit is in 'n verskeidenheid alledaagse toepassings gebruik, soos die opwekking van vonke om gas in kook- en verhittingstoestelle aan die brand te steek, fakkels, sigaretaanstekers en pyro-elektriese effekmateriale wat elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering. Dit is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met behulp van kennis van René Haüy en Antoine César Becquerel, wat 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading voorgehou het. Eksperimente was egter onbeslis totdat die aansig van 'n piëzo-kristal by die Curie-kompensatormuseum in Skotland die direkte piëso-elektriese effek deur die Curie-broers gedemonstreer het.
Piëzo-elektrisiteit word in 'n verskeidenheid elektroniese toestelle gebruik, van bakkies in elektronies versterkte kitare tot snellers in moderne elektroniese tromme. Dit word ook gebruik in die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers, mikrobalanse, dryf-ultrasoniese spuitpunte en ultrafyn fokus-optiese samestellings. Piëso-elektrisiteit is ook die basis vir die skandering van sondemikroskope, wat gebruik word om beelde op die skaal van atome op te los.
Mikrobalanse
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere vaste materiale om elektriese lading op te bou in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Piëzo-elektrisiteit is afgelei van die Griekse woorde πιέζειν (piezein), wat "druk" of "druk" beteken en ἤλεκτρον (ēlektron), wat "barnsteen" beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Piëzo-elektrisiteit word in 'n verskeidenheid alledaagse toepassings gebruik, soos om vonke op te wek om gas vir kook- en verhittingtoestelle, fakkels, sigaretaanstekers, en meer aan die brand te steek. Dit word ook gebruik in die vervaardiging en opsporing van klank, en in piëzo-elektriese inkjet-drukwerk.
Piëso-elektrisiteit word ook gebruik om hoëspanning-elektrisiteit op te wek, en is die basis van klokopwekkers en elektroniese toestelle soos mikrobalanse. Piëzo-elektrisiteit word ook gebruik om ultrasoniese spuitpunte en ultrafyn fokus optiese samestellings aan te dryf.
Die ontdekking van piëzo-elektrisiteit word toegeskryf aan die Franse fisici Jacques en Pierre Curie in 1880. Die Curie-broers het hul kennis van piro-elektrisiteit en hul begrip van die onderliggende kristalstrukture gekombineer om aanleiding te gee tot die konsep van piëso-elektrisiteit. Hulle kon die kristalgedrag voorspel en het die effek in kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout gedemonstreer.
Die piëso-elektriese effek is ontgin vir nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank. Die ontwikkeling van sonar tydens die Eerste Wêreldoorlog was 'n groot deurbraak in die gebruik van piëso-elektrisiteit. Na die Tweede Wêreldoorlog het onafhanklike navorsingsgroepe in die Verenigde State, Rusland en Japan 'n nuwe klas sintetiese materiale genaamd ferro-elektriese materiaal ontdek wat piëso-elektriese konstantes tot tien keer hoër as natuurlike materiale vertoon het.
Dit het gelei tot intense navorsing en ontwikkeling van bariumtitanaat en later loodsirkonaattitanaatmateriale, wat spesifieke eienskappe vir spesifieke toepassings gehad het. 'n Beduidende voorbeeld van die gebruik van piëzo-elektriese kristalle is na die Tweede Wêreldoorlog by Bell Telephone Laboratories ontwikkel.
Frederick R. Lack, werksaam in die radiotelefonie-ingenieursafdeling, het 'n gesnyde kristal ontwikkel wat oor 'n wye reeks temperature werk. Lack se kristal het nie die swaar bykomstighede van vorige kristalle nodig gehad nie, wat die gebruik daarvan in vliegtuie vergemaklik het. Hierdie ontwikkeling het die Geallieerde lugmagte toegelaat om by gekoördineerde massa-aanvalle betrokke te raak deur lugvaartradio te gebruik.
Die ontwikkeling van piëzo-elektriese toestelle en materiale in die Verenigde State het verskeie maatskappye in besigheid gehou, en die ontwikkeling van kwartskristalle is kommersieel ontgin. Piëso-elektriese materiale is sedertdien in 'n verskeidenheid toepassings gebruik, insluitend mediese beeldvorming, ultrasoniese skoonmaak, en meer.
Ry Ultrasoniese spuitstuk
Piëso-elektrisiteit is die elektriese lading wat in sekere vaste materiale soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA ophoop. Dit is 'n reaksie op toegepaste meganiese spanning en is afgelei van die Griekse woorde 'piezein', wat 'druk' of 'druk' beteken, en 'elektron', wat 'barnsteen' beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Die piëso-elektriese effek is 'n lineêre elektromeganiese interaksie tussen die meganiese en elektriese toestande van kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Dit is 'n omkeerbare proses, wat beteken dat materiale wat die piëso-elektriese effek vertoon, ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. 'n Voorbeeld hiervan is loodsirkonaattitanaatkristalle, wat meetbare piëso-elektrisiteit genereer wanneer hul statiese struktuur vervorm word vanaf sy oorspronklike dimensie. Omgekeerd, wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, verander die kristalle hul statiese dimensie, wat lei tot die omgekeerde piëso-elektriese effek, wat die produksie van ultraklankgolwe is.
Franse fisici Jacques en Pierre Curie het piëzo-elektrisiteit in 1880 ontdek en dit is sedertdien vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings ontgin, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank. Piëzo-elektrisiteit vind ook alledaagse gebruike, soos om vonke op te wek om gas in kook- en verhittingtoestelle, fakkels, sigaretaanstekers, en meer aan die brand te steek.
Die piro-elektriese effek, wat die materiaal is wat 'n elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering, is bestudeer deur Carl Linnaeus, Franz Aepinus, en die middel van die 18de eeu met kennis van René Haüy en Antoine César Becquerel wat die verband tussen meganiese spanning en elektriese lading. Eksperimente om dit te bewys was onbeslis.
Die uitsig van 'n piëzo-kristal in die Curie Compensator by die Hunterian Museum in Skotland is 'n demonstrasie van die direkte piëzo-elektriese effek deur die broers Pierre en Jacques Curie. Die kombinasie van hul kennis van piro-elektrisiteit en begrip van die onderliggende kristalstrukture het aanleiding gegee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit en het hulle in staat gestel om die kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer met die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout. Natrium- en kaliumtartraat-tetrahidraat en kwarts het ook piëso-elektrisiteit getoon, en 'n piëso-elektriese skyf is gebruik om 'n spanning op te wek wanneer dit vervorm is. Dit is baie oordryf deur die Curies om die omgekeerde piëso-elektriese effek te voorspel, wat wiskundig afgelei is uit fundamentele termodinamiese beginsels deur Gabriel Lippmann in 1881.
Die Curies het onmiddellik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle. Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly, maar was 'n belangrike hulpmiddel in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie in hul werk om kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon te verken en te definieer. Dit het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics), wat die natuurlike kristalklasse beskryf wat tot piëso-elektrisiteit in staat is en die piëso-elektriese konstantes streng gedefinieer het deur middel van tensoranalise.
Die praktiese toepassing van piëso-elektriese toestelle het begin met sonar, wat tydens die Eerste Wêreldoorlog ontwikkel is. In Frankryk het Paul Langevin en sy medewerkers 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel. Die detektor het bestaan uit 'n omskakelaar gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgegom is, wat 'n hidrofoon genoem word, om die teruggekeerde eggo op te spoor nadat dit 'n hoëfrekwensie-puls uitgestuur het. Deur die tyd te meet wat dit neem om die eggo van klankgolwe te hoor wat van 'n voorwerp af bons, kan hulle die afstand van die voorwerp bereken. Hierdie gebruik van piëzo-elektrisiteit in sonar was 'n sukses, en die projek het 'n intense ontwikkeling en belangstelling in piëzo-elektriese toestelle vir dekades geskep.
Nuwe piëso-elektriese materiale en nuwe toepassings vir hierdie materiale is ondersoek en ontwikkel, en piëzo-elektriese toestelle het tuistes gevind in velde soos keramiek-fonograafpatrone, wat die spelerontwerp vereenvoudig het en gemaak het vir goedkoper, meer akkurate platespelers wat goedkoper was om te onderhou en makliker om te bou. . Die ontwikkeling van ultrasoniese transducers het die maklike meting van viskositeit en elastisiteit van vloeistowwe en vaste stowwe moontlik gemaak, wat groot vordering in materiaalnavorsing tot gevolg gehad het. Ultrasoniese tyddomeinreflektometers stuur 'n ultrasoniese puls deur 'n materiaal en meet die refleksies en diskontinuïteite om foute in gegote metaal- en klipvoorwerpe te vind
Ultrafyn fokusoptiese samestellings
Piëso-elektrisiteit is die vermoë van sekere materiale om elektriese lading op te bou wanneer dit aan meganiese spanning onderwerp word. Dit is 'n lineêre elektromeganiese interaksie tussen elektriese en meganiese toestande van kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Piëso-elektrisiteit is 'n omkeerbare proses, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon, ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld.
Piëso-elektrisiteit is in 'n verskeidenheid toepassings gebruik, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, en die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit. Piëzo-elektrisiteit word ook gebruik in inkjetdrukwerk, klokopwekkers, elektroniese toestelle, mikrobalanse, dryf ultrasoniese spuitpunte en ultrafyn fokus optiese samestellings.
Piëzo-elektrisiteit is in 1880 deur die Franse fisici Jacques en Pierre Curie ontdek. Die piëso-elektriese effek word ontgin in nuttige toepassings, soos die produksie en opsporing van klank, en die opwekking van hoëspanning elektrisiteit. Piëso-elektriese inkjet-drukwerk word ook gebruik, sowel as klokopwekkers, elektroniese toestelle, mikrobalanse, dryf-ultrasoniese spuitpunte en ultrafyn fokus-optiese samestellings.
Piëso-elektrisiteit het sy weg gevind in alledaagse gebruike, soos om vonke op te wek om gas vir kook- en verhittingtoestelle aan die brand te steek, fakkels, sigaretaanstekers en pyro-elektriese effekmateriaal wat elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering. Hierdie effek is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met behulp van kennis van René Haüy en Antoine César Becquerel wat 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading voorgehou het. Eksperimente het onbeslis bewys.
Die uitsig van 'n piëzo-kristal in die Curie Compensator by die Hunterian Museum in Skotland is 'n demonstrasie van die direkte piëzo-elektriese effek deur die broers Pierre en Jacques Curie. Gekombineer met hul kennis van piro-elektrisiteit en hul begrip van die onderliggende kristalstrukture, het dit aanleiding gegee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit en die vermoë om kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer in die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout.
Natrium- en kaliumtartraat-tetrahidraat, en kwarts en Rochelle-sout het piëso-elektrisiteit getoon, en 'n piëso-elektriese skyf is gebruik om 'n spanning op te wek wanneer dit vervorm is, hoewel die verandering in vorm baie oordryf was. Die Curies het die omgekeerde piëso-elektriese effek voorspel, en die omgekeerde effek is wiskundig afgelei uit fundamentele termodinamiese beginsels deur Gabriel Lippmann in 1881. Die Curies het dadelik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig en voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro- elastomeganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle.
Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly totdat dit 'n belangrike hulpmiddel geword het in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hulle werk om die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, te verken en te definieer, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics). Dit het die natuurlike kristalklasse beskryf wat in staat is tot piëzo-elektrisiteit en die piëso-elektriese konstantes streng gedefinieer deur gebruik te maak van tensoranalise vir praktiese toepassing van piëso-elektriese toestelle.
Die ontwikkeling van sonar was 'n suksesprojek wat 'n intense ontwikkeling en belangstelling in piëso-elektriese toestelle geskep het. Dekades later is nuwe piëzo-elektriese materiale en nuwe toepassings vir hierdie materiale ondersoek en ontwikkel. Piëso-elektriese toestelle het tuiste gevind in 'n verskeidenheid velde, soos keramiek-fonograafpatrone, wat spelerontwerp vereenvoudig het en platespelers goedkoper en makliker gemaak het om te onderhou en te bou. Die ontwikkeling van ultrasoniese transducers het die maklike meting van viskositeit en elastisiteit van vloeistowwe en vaste stowwe moontlik gemaak, wat groot vordering in materiaalnavorsing tot gevolg gehad het. Ultrasoniese tyddomeinreflektometers stuur 'n ultrasoniese puls in 'n materiaal en meet die refleksies en diskontinuïteite om foute binne gegote metaal- en klipvoorwerpe te vind, wat strukturele veiligheid verbeter.
Die begin van die veld van piëso-elektrisiteitsbelange is verseker met die winsgewende patente van nuwe materiale wat uit kwartskristalle ontwikkel is, wat kommersieel as 'n piëso-elektriese materiaal ontgin is. Wetenskaplikes het gesoek na materiaal met hoër werkverrigting, en ten spyte van vooruitgang in materiale en veroudering van vervaardigingsprosesse, het die Amerikaanse mark nie vinnig gegroei nie. In teenstelling hiermee het Japannese vervaardigers inligting vinnig gedeel en nuwe toepassings vir groei in die piëso-elektriese industrie in die Verenigde State het gely in teenstelling met Japannese vervaardigers.
Piëzo-elektriese motors
In hierdie afdeling gaan ek praat oor hoe piëzo-elektrisiteit in moderne tegnologie gebruik word. Van skanderingsondersoekmikroskope wat beelde op die skaal van atome kan oplos tot bakkies vir elektronies versterkte kitare en snellers vir moderne elektroniese tromme, piëzo-elektrisiteit het 'n integrale deel van baie toestelle geword. Ek sal die geskiedenis van piëzo-elektrisiteit ondersoek en hoe dit in 'n verskeidenheid toepassings gebruik is.
Vorm basis van skanderingsondersoekmikroskope
Piëso-elektrisiteit is die elektriese lading wat in sekere vaste materiale ophoop, soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA. Dit is die reaksie op toegepaste meganiese spanning, en die woord piëzo-elektrisiteit kom van die Griekse woord πιέζειν (piezein) wat "druk" of "druk" beteken en ἤλεκτρον (ēlektron) wat "amber" beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Piëso-elektriese motors is toestelle wat die piëso-elektriese effek gebruik om beweging te genereer. Hierdie effek is die lineêre elektromeganiese interaksie tussen meganiese en elektriese toestande in kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Dit is 'n omkeerbare proses, wat beteken dat materiale wat die piëso-elektriese effek vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Voorbeelde van materiale wat meetbare piëso-elektrisiteit genereer, is loodsirkonaattitanaatkristalle.
Die piëzo-elektriese effek word ontgin in nuttige toepassings, soos die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers en elektroniese toestelle soos mikrobalanse en dryf-ultrasoniese spuitpunte vir ultrafyn fokus-optiese samestellings. Dit vorm ook die basis van skanderingsondersoekmikroskope, wat gebruik word om beelde op die skaal van atome op te los.
Piëzo-elektrisiteit is in 1880 deur die Franse fisici Jacques en Pierre Curie ontdek. Die uitsig van 'n piëzo-kristal en die Curie-kompensator kan by die Hunterian Museum in Skotland gesien word, wat 'n demonstrasie is van die direkte piëzo-elektriese effek deur die broers Pierre en Jacques Curie.
Die kombinasie van hul kennis van piro-elektrisiteit en hul begrip van die onderliggende kristalstrukture het aanleiding gegee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit, wat hulle in staat gestel het om die kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer deur die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout. Natrium- en kaliumtartraat-tetrahidraat, en kwarts en Rochelle-sout het piëso-elektrisiteit getoon, en 'n piëso-elektriese skyf is gebruik om 'n spanning op te wek wanneer dit vervorm is, hoewel dit baie oordryf is deur die Curies.
Hulle het ook die omgekeerde piëso-elektriese effek voorspel, en dit is wiskundig afgelei uit fundamentele termodinamiese beginsels deur Gabriel Lippmann in 1881. Die Curies het dadelik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en het voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto- meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle.
Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly totdat dit 'n belangrike hulpmiddel geword het in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hul werk om die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, te verken en te definieer, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics), wat die natuurlike kristalklasse beskryf wat tot piëzo-elektrisiteit in staat is en die piëzo-elektriese konstantes en tensoranalise streng gedefinieer het.
Dit het gelei tot die praktiese toepassing van piëso-elektriese toestelle, soos sonar, wat tydens die Eerste Wêreldoorlog ontwikkel is. In Frankryk het Paul Langevin en sy medewerkers 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel. Hierdie detektor het bestaan uit 'n omvormer gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgeplak is, en 'n hidrofoon om die teruggekeerde eggo op te spoor nadat 'n hoëfrekwensie-puls van die omskakelaar uitgestuur is. Deur die tyd te meet wat dit neem om die eggo van die klankgolwe te hoor wat van 'n voorwerp af bons, kon hulle die afstand van die voorwerp bereken. Hulle het piëzo-elektrisiteit gebruik om hierdie sonar 'n sukses te maak, en die projek het 'n intense ontwikkeling en belangstelling in piëzo-elektriese toestelle vir dekades geskep.
Nuwe piëso-elektriese materiale en nuwe toepassings vir hierdie materiale is ondersoek en ontwikkel, en piëzo-elektriese toestelle het tuiste gevind in baie velde, soos keramiek-fonograafpatrone, wat die spelerontwerp vereenvoudig het en gemaak het vir goedkoper en meer akkurate platespelers wat goedkoper was om in stand te hou en makliker te maak. om te bou. Die ontwikkeling van ultrasoniese transducers het die maklike meting van viskositeit en elastisiteit van vloeistowwe en vaste stowwe moontlik gemaak, wat groot vordering in materiaalnavorsing tot gevolg gehad het. Ultrasoniese tyddomeinreflektometers stuur 'n ultrasoniese puls in 'n materiaal en meet die refleksies en diskontinuïteite om foute binne gegote metaal- en klipvoorwerpe te vind, wat strukturele veiligheid verbeter.
Tydens die Tweede Wêreldoorlog het onafhanklike navorsingsgroepe in die Verenigde
Los prente op op skaal van atome
Piëso-elektrisiteit is die elektriese lading wat in sekere vaste materiale soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA ophoop. Dit is 'n reaksie op toegepaste meganiese spanning en is afgelei van die Griekse woord 'piezein', wat beteken om te druk of te druk. Die piëso-elektriese effek is die gevolg van die lineêre elektromeganiese interaksie tussen die meganiese en elektriese toestande in kristallyne materiale met inversiesimmetrie.
Piëso-elektrisiteit is 'n omkeerbare proses, en materiale wat die piëso-elektriese effek vertoon, vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Voorbeelde hiervan sluit loodsirkonaattitanaatkristalle in, wat meetbare piëso-elektrisiteit genereer wanneer hul statiese struktuur van die oorspronklike dimensie vervorm word. Omgekeerd verander kristalle hul statiese dimensie wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, wat bekend staan as die omgekeerde piëso-elektriese effek en word gebruik in die produksie van ultraklankgolwe.
Franse fisici Jacques en Pierre Curie het piëzo-elektrisiteit in 1880 ontdek. Die piëzo-elektriese effek is uitgebuit vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers en elektroniese toestelle soos mikrobalanse en dryf ultrasoniese spuitpunte. Dit vorm ook die basis van skanderingsondersoekmikroskope, wat gebruik word om beelde op die skaal van atome op te los.
Piëzo-elektrisiteit word ook in alledaagse toepassings gebruik, soos om vonke op te wek om gas in kook- en verhittingtoestelle, fakkels, sigaretaanstekers en meer aan die brand te steek. Die piro-elektriese effek, wat 'n materiaal is wat 'n elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering, is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer. Op grond van die kennis van René Haüy en Antoine César Becquerel, het hulle 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading gestel, maar hul eksperimente was onbeslis.
Besoekers aan die Hunterian Museum in Glasgow kan 'n piëzo-kristal Curie-kompensator sien, 'n demonstrasie van die direkte piëso-elektriese effek deur die broers Pierre en Jacques Curie. Gekombineer met hul kennis van piro-elektrisiteit en begrip van die onderliggende kristalstrukture, het dit aanleiding gegee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit en die vermoë om kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer deur die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout. Natrium- en kaliumtartraat-tetrahidraat, en kwarts- en Rochelle-sout het piëso-elektrisiteit getoon, en 'n piëzo-elektriese skyf genereer 'n spanning wanneer dit vervorm word, hoewel die verandering in vorm baie oordryf is. Die Curies was in staat om die omgekeerde piëso-elektriese effek te voorspel, en die omgekeerde effek is wiskundig afgelei uit fundamentele termodinamiese beginsels deur Gabriel Lippmann in 1881.
Die Curies het onmiddellik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle. Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly, maar dit was 'n belangrike hulpmiddel in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hulle werk om kristalstrukture te verken en te definieer wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics).
Bakkies elektronies versterkte kitare
Piëso-elektriese motors is elektriese motors wat die piëso-elektriese effek gebruik om elektriese energie in meganiese energie om te skakel. Die piëso-elektriese effek is die vermoë van sekere materiale om 'n elektriese lading op te wek wanneer dit aan meganiese spanning onderwerp word. Piëso-elektriese motors word in 'n verskeidenheid toepassings gebruik, van die aandryf van klein toestelle soos horlosies en horlosies tot die aandryf van groter masjiene soos robotte en mediese toerusting.
Piëso-elektriese motors word gebruik in bakkies elektronies versterk kitare. Hierdie bakkies gebruik die piëzo-elektriese effek om die vibrasies van die kitaarsnare in 'n elektriese sein om te skakel. Hierdie sein word dan versterk en na 'n versterker gestuur, wat die klank van die kitaar produseer. Piëso-elektriese bakkies word ook in moderne elektroniese dromme gebruik, waar dit gebruik word om die vibrasies van die dromkoppe op te spoor en dit in 'n elektriese sein om te skakel.
Piëso-elektriese motors word ook gebruik in skandeer-sondemikroskope, wat die piëso-elektriese effek gebruik om 'n klein sonde oor 'n oppervlak te beweeg. Dit laat die mikroskoop toe om beelde op die skaal van atome op te los. Piëso-elektriese motors word ook in inkjet-drukkers gebruik, waar hulle gebruik word om die drukkop heen en weer oor die bladsy te beweeg.
Piëso-elektriese motors word in 'n verskeidenheid ander toepassings gebruik, insluitend mediese toestelle, motorkomponente en verbruikerselektronika. Hulle word ook in industriële toepassings gebruik, soos in die vervaardiging van presisieonderdele en in die samestelling van komplekse komponente. Die piëso-elektriese effek word ook gebruik in die vervaardiging van ultraklankgolwe, wat gebruik word in mediese beeldvorming en in die opsporing van gebreke in materiale.
Oor die algemeen word piëzo-elektriese motors in 'n wye reeks toepassings gebruik, van die aandryf van klein toestelle tot die aandryf van groter masjiene. Hulle word gebruik in bakkies wat elektronies versterkte kitare, moderne elektroniese tromme, skanderingsondemikroskope, inkjetdrukkers, mediese toestelle, motorkomponente en verbruikerselektronika gebruik. Die piëso-elektriese effek word ook gebruik in die vervaardiging van ultraklankgolwe en in die opsporing van foute in materiale.
Snellers moderne elektroniese tromme
Piëso-elektrisiteit is die elektriese lading wat in sekere vaste materiale soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA ophoop. Dit is die reaksie van hierdie materiale op toegepaste meganiese spanning. Die woord piëzo-elektrisiteit is afgelei van die Griekse woord "piezein", wat beteken "om te druk of te druk", en die woord "elektron", wat "amber" beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Piëso-elektriese motors is toestelle wat die piëso-elektriese effek gebruik om beweging te genereer. Hierdie effek is die gevolg van die lineêre elektromeganiese interaksie tussen die meganiese en elektriese toestande van kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Dit is 'n omkeerbare proses, wat beteken dat materiale wat die piëso-elektriese effek vertoon, ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. 'n Voorbeeld hiervan is loodsirkonaattitanaatkristalle, wat meetbare piëso-elektrisiteit genereer wanneer hul statiese struktuur vervorm word vanaf sy oorspronklike dimensie. Omgekeerd, wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, verander die kristalle hul statiese dimensie, wat ultraklankgolwe produseer.
Piëso-elektriese motors word in 'n verskeidenheid alledaagse toepassings gebruik, soos:
• Die opwekking van vonke om gas in kook- en verhittingtoestelle aan die brand te steek
• Fakkels, sigaretaanstekers en pyro-elektriese effek materiaal
• Genereer elektriese potensiaal in reaksie op temperatuurverandering
• Produksie en opsporing van klank
• Piëzo-elektriese inkjet-drukwerk
• Opwekking van hoëspanning elektrisiteit
• Horlosiegenerator en elektroniese toestelle
• Mikrobalanse
• Ry ultrasoniese spuitpunte en ultrafyn fokus optiese samestellings
• Vorm die basis van skanderingsondersoekmikroskope
• Los beelde op die skaal van atome op
• Bakkies elektronies versterkte kitare
• Snellers moderne elektroniese tromme.
Elektromeganiese modellering van piëso-elektriese omskakelaars
In hierdie afdeling gaan ek die elektromeganiese modellering van piëso-elektriese omskakelaars ondersoek. Ek sal kyk na die geskiedenis van die ontdekking van piëzo-elektrisiteit, die eksperimente wat die bestaan daarvan bewys het, en die ontwikkeling van piëso-elektriese toestelle en materiale. Ek sal ook die bydraes van die Franse fisici Pierre en Jacques Curie, Carl Linnaeus en Franz Aepinus, Rene Hauy en Antoine Cesar Becquerel, Gabriel Lippmann en Woldemar Voigt bespreek.
Franse fisici Pierre en Jacques Curie
Piëso-elektrisiteit is 'n elektromeganiese verskynsel waar elektriese lading in sekere vaste materiale soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA ophoop. Hierdie lading word gegenereer in reaksie op 'n toegepaste meganiese spanning. Die woord 'piezo-elektrisiteit' is afgelei van die Griekse woord 'piezein', wat 'om te druk of te druk' beteken, en 'elektron', wat 'barnsteen' beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Die piëso-elektriese effek is die gevolg van 'n lineêre elektromeganiese interaksie tussen meganiese en elektriese toestande in materiale met inversiesimmetrie. Hierdie effek is omkeerbaar, wat beteken dat materiale wat die piëso-elektriese effek vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, waar interne generering van meganiese spanning geproduseer word in reaksie op 'n toegepaste elektriese veld. Byvoorbeeld, loodsirkonaattitanaatkristalle genereer meetbare piëso-elektrisiteit wanneer hul statiese struktuur vervorm word vanaf die oorspronklike dimensie. Omgekeerd, wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, verander die kristalle hul statiese dimensie, wat ultraklankgolwe produseer in die proses wat bekend staan as die omgekeerde piëso-elektriese effek.
In 1880 het die Franse fisici Pierre en Jacques Curie die piëso-elektriese effek ontdek en dit is sedertdien uitgebuit vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers en elektroniese toestelle soos mikrobalanse en dryf ultrasoniese spuitpunte vir ultrafyn fokus optiese samestellings. Dit vorm ook die basis vir die skandering van sondemikroskope, wat beelde op die skaal van atome kan oplos. Piëzo-elektrisiteit word ook gebruik in bakkies vir elektronies versterkte kitare en snellers vir moderne elektroniese tromme.
Piëzo-elektrisiteit vind ook alledaagse gebruike, soos om vonke op te wek om gas in kook- en verhittingtoestelle, fakkels, sigaretaanstekers, en meer aan die brand te steek. Die piro-elektriese effek, waar 'n materiaal 'n elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering, is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met die kennis van René Hauy en Antoine César Becquerel, wat 'n verwantskap tussen meganiese spanning en elektriese lading, hoewel hul eksperimente onbeslis bewys het.
Deur hul kennis van piro-elektrisiteit te kombineer met 'n begrip van die onderliggende kristalstrukture, kon die Curies aanleiding gee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit en die gedrag van kristalle voorspel. Dit is gedemonstreer in die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout. Natriumkaliumtartraattetrahidraat en kwarts het ook piëso-elektrisiteit getoon. 'n Piëzo-elektriese skyf genereer 'n spanning wanneer dit vervorm word, alhoewel dit baie oordryf word in die Curies se demonstrasie. Hulle was ook in staat om die omgekeerde piëso-elektriese effek te voorspel en dit wiskundig af te lei uit fundamentele termodinamiese beginsels deur Gabriel Lippmann in 1881.
Die Curies het onmiddellik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en het voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle. In die dekades wat gevolg het, het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly totdat dit 'n belangrike hulpmiddel geword het in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hulle werk om die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, te verken en te definieer, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se 'Lehrbuch der Kristallphysik' (Handboek van Kristalfisika).
Eksperimente het onoortuigend bewys
Piëso-elektrisiteit is 'n elektromeganiese verskynsel waarin elektriese lading ophoop in sekere vaste materiale, soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA. Dit is die reaksie op toegepaste meganiese spanning, en die woord 'piezo-elektrisiteit' is afgelei van die Griekse woorde 'piezein', wat 'om te druk of te druk' beteken, en 'ēlektron', wat 'barnsteen' beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Die piëso-elektriese effek is die gevolg van die lineêre elektromeganiese interaksie tussen die meganiese en elektriese toestande van kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Dit is 'n omkeerbare proses; materiale wat die piëso-elektriese effek vertoon, vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Byvoorbeeld, loodsirkonaattitanaatkristalle genereer meetbare piëso-elektrisiteit wanneer hul statiese struktuur vervorm word vanaf die oorspronklike dimensie. Omgekeerd kan kristalle hul statiese dimensie verander wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, bekend as die omgekeerde piëso-elektriese effek, wat gebruik word in die produksie van ultraklankgolwe.
Franse fisici Pierre en Jacques Curie het piëzo-elektrisiteit in 1880 ontdek. Dit is sedertdien ontgin vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers en elektroniese toestelle soos mikrobalanse , dryf ultrasoniese spuitpunte, en ultrafyn fokus optiese samestellings. Dit vorm ook die basis van skanderingsondersoekmikroskope, wat beelde op die skaal van atome kan oplos. Piëzo-elektrisiteit word ook gebruik in bakkies vir elektronies versterkte kitare, en snellers vir moderne elektroniese tromme.
Piëso-elektrisiteit vind alledaagse gebruike om vonke op te wek om gas in kook- en verhittingtoestelle, fakkels, sigaretaanstekers en meer aan die brand te steek. Die piro-elektriese effek, waarin 'n materiaal 'n elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering, is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met die kennis van René Hauy en Antoine César Becquerel, wat 'n verwantskap gestel het. tussen meganiese spanning en elektriese lading. Eksperimente het onbeslis bewys.
Die gekombineerde kennis van piro-elektrisiteit en die begrip van die onderliggende kristalstrukture het aanleiding gegee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit en die vermoë om die gedrag van kristalle te voorspel. Dit is gedemonstreer in die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout. Natriumkaliumtartraattetrahidraat en kwarts het ook piëso-elektrisiteit vertoon, en 'n piëso-elektriese skyf is gebruik om 'n spanning op te wek wanneer dit vervorm is. Dit was baie oordryf in die Curies se demonstrasie van die direkte piëso-elektriese effek.
Die broers Pierre en Jacques Curie het die omgekeerde piëso-elektriese effek voorspel, en die omgekeerde effek is wiskundig afgelei uit fundamentele termodinamiese beginsels deur Gabriel Lippmann in 1881. Die Curies het dadelik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en het voortgegaan om kwantitatiewe bewyse van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle.
Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly, maar dit was 'n belangrike hulpmiddel in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hulle werk om die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, te verken en te definieer, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics). Dit het die natuurlike kristalklasse beskryf wat tot piëso-elektrisiteit in staat is en die piëso-elektriese konstantes streng gedefinieer deur gebruik te maak van tensoranalise. Dit was die eerste praktiese toepassing van piëzo-elektriese omskakelaars, en sonar is tydens die Eerste Wêreldoorlog ontwikkel. In Frankryk het Paul Langevin en sy medewerkers 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel.
Carl Linnaeus en Franz Aepinus
Piëso-elektrisiteit is 'n elektromeganiese verskynsel waarin elektriese lading in sekere vaste materiale soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA ophoop. Hierdie lading word gegenereer in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Die woord piëzo-elektrisiteit kom van die Griekse woorde πιέζειν (piezein) wat "om te druk of te druk" beteken en ἤλεκτρον (ēlektron) wat "barnsteen" beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Die piëso-elektriese effek is die gevolg van 'n lineêre elektromeganiese interaksie tussen die meganiese en elektriese toestande van kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Hierdie effek is omkeerbaar, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon, ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, wat die interne generering van meganiese spanning is wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Byvoorbeeld, loodsirkonaattitanaatkristalle genereer meetbare piëso-elektrisiteit wanneer hul statiese struktuur vervorm word vanaf die oorspronklike dimensie. Omgekeerd kan kristalle hul statiese dimensie verander wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, wat bekend staan as die omgekeerde piëso-elektriese effek en word gebruik in die produksie van ultraklankgolwe.
In 1880 het die Franse fisici Jacques en Pierre Curie die piëso-elektriese effek ontdek en dit is sedertdien vir baie nuttige toepassings ontgin, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers, elektroniese toestelle, mikrobalanse , dryf ultrasoniese spuitpunte, en ultrafyn fokus optiese samestellings. Dit vorm ook die basis vir skandering van sondemikroskope, wat gebruik word om beelde op die skaal van atome op te los. Piëzo-elektrisiteit word ook gebruik in bakkies vir elektronies versterkte kitare en snellers vir moderne elektroniese tromme.
Piëzo-elektrisiteit word ook in alledaagse gebruike aangetref, soos die opwekking van vonke om gas in kook- en verhittingstoestelle aan die brand te steek, fakkels, sigaretaanstekers en die piro-elektriese effek, wat is wanneer 'n materiaal 'n elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering. Hierdie effek is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met behulp van kennis van René Hauy en Antoine César Becquerel, wat 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading voorgehou het, hoewel hul eksperimente onbeslis geblyk het.
Die aansig van 'n piëzo-kristal in die Curie-kompensator by die Hunterian Museum in Skotland is 'n demonstrasie van die direkte piëzo-elektriese effek deur die broers Pierre en Jacques Curie. Die kombinasie van hul kennis van piro-elektrisiteit met 'n begrip van die onderliggende kristalstrukture het aanleiding gegee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit en die vermoë om die kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer deur die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout. Natriumkaliumtartraat-tetrahidraat en kwarts van Rochelle-sout het piëso-elektrisiteit getoon, en 'n piëzo-elektriese skyf genereer 'n spanning wanneer dit vervorm word, hoewel dit baie oordryf word in die Curies se demonstrasie.
Die voorspelling van die omgekeerde piëso-elektriese effek en die wiskundige afleiding daarvan uit fundamentele termodinamiese beginsels is gemaak deur Gabriel Lippmann in 1881. Die Curies het onmiddellik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en het voortgegaan om kwantitatiewe bewyse van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-effek te verkry. meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle. Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly totdat dit 'n belangrike hulpmiddel geword het in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie, wat dit gebruik het om kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon te verken en te definieer. Dit het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics), wat die natuurlike kristalklasse beskryf wat tot piëso-elektrisiteit in staat is en die piëso-elektriese konstantes streng gedefinieer het deur gebruik te maak van tensoranalise.
Hierdie praktiese toepassing van piëso-elektriese omskakelaars het gelei tot die ontwikkeling van sonar tydens die Eerste Wêreldoorlog. In Frankryk het Paul Langevin en sy medewerkers 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel. Die detektor het bestaan uit 'n omskakelaar gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgegom is, en 'n hidrofoon om die teruggekeerde eggo op te spoor nadat 'n hoëfrekwensie-puls vanaf die omskakelaar uitgestuur is. Deur die tyd te meet wat dit neem om die eggo van klankgolwe te hoor wat van 'n voorwerp af bons, kon hulle die afstand van die voorwerp bereken. Hulle het piëzo-elektrisiteit gebruik om hierdie sonar 'n sukses te maak, en die projek het 'n intense ontwikkeling en belangstelling in piëzo-elektriese toestelle geskep
Rene Hauy en Antoine Cesar Becquerel
Piëso-elektrisiteit is 'n elektromeganiese verskynsel wat plaasvind wanneer sekere vaste materiale, soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA, elektriese lading ophoop in reaksie op toegepaste meganiese spanning. Piëzo-elektrisiteit is afgelei van die Griekse woord 'piezein', wat 'om te druk of te druk' beteken, en 'elektron', wat 'barnsteen' beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Die piëso-elektriese effek is die gevolg van 'n lineêre elektromeganiese interaksie tussen meganiese en elektriese toestande in kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Hierdie effek is omkeerbaar, wat beteken dat materiale wat die piëso-elektriese effek vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, of interne generering van meganiese spanning wat voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Byvoorbeeld, loodsirkonaattitanaatkristalle genereer meetbare piëso-elektrisiteit wanneer hul statiese struktuur vervorm word vanaf die oorspronklike dimensie. Omgekeerd kan kristalle hul statiese dimensie verander wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, wat lei tot die omgekeerde piëso-elektriese effek en die produksie van ultraklankgolwe.
Franse fisici Pierre en Jacques Curie het die piëso-elektriese effek in 1880 ontdek. Hierdie effek is uitgebuit vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëso-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers en elektroniese toestelle soos mikrobalanse, dryf ultrasoniese spuitpunte, en ultrafyn fokus optiese samestellings. Dit vorm ook die basis van skanderingsondersoekmikroskope, wat beelde op 'n skaal van atome kan oplos. Piëzo-elektrisiteit word ook gebruik in bakkies vir elektronies versterkte kitare, en snellers vir moderne elektroniese tromme.
Die piëzo-elektriese effek is vir die eerste keer in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met behulp van kennis van Rene Hauy en Antoine Cesar Becquerel, wat 'n verwantskap tussen meganiese spanning en elektriese lading voorgehou het. Eksperimente het egter onbeslis bewys. Gekombineer met kennis van piro-elektrisiteit, en begrip van die onderliggende kristalstrukture, het dit aanleiding gegee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit, en die vermoë om kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer in die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout. Natriumkaliumtartraattetrahidraat en kwarts het ook piëso-elektrisiteit vertoon, en 'n piëso-elektriese skyf is gebruik om 'n spanning op te wek wanneer dit vervorm is. Hierdie effek is baie oordryf in die Curies se demonstrasie by die Museum van Skotland, wat die direkte piëso-elektriese effek getoon het.
Die broers Pierre en Jacques Curie het voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle. Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly, totdat dit 'n belangrike hulpmiddel geword het in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hierdie werk het die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, verken en gedefinieer, wat uitgeloop het op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics).
Die Curies het onmiddellik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en het voortgegaan om die fundamentele termodinamiese beginsels van die omgekeerde effek wiskundig af te lei. Dit is deur Gabriel Lippmann in 1881 gedoen. Piëzo-elektrisiteit is toe gebruik om sonar te ontwikkel tydens die Eerste Wêreldoorlog. In Frankryk het Paul Langevin en sy medewerkers 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel. Hierdie detektor het bestaan uit 'n transducer gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgeplak is, en 'n hidrofoon om die teruggekeerde eggo op te spoor. Deur 'n hoëfrekwensie-puls van die omskakelaar uit te stuur en die tyd te meet wat dit neem om die eggo van die klankgolwe te hoor wat van 'n voorwerp af bons, kon hulle die afstand na die voorwerp bereken.
Die gebruik van piëzo-elektriese kristalle is na die Tweede Wêreldoorlog verder ontwikkel deur Bell Telephone Laboratories. Frederick R. Lack, werksaam in die radiotelefonie-ingenieursafdeling, het 'n gesnyde kristal ontwikkel wat oor 'n wye reeks temperature kan werk. Lack se kristal het nie die swaar bykomstighede van vorige kristalle nodig gehad nie, wat die gebruik daarvan in vliegtuie vergemaklik het. Hierdie ontwikkeling het die Geallieerde lugmagte toegelaat om by gekoördineerde massa-aanvalle betrokke te raak, met behulp van lugvaartradio. Die ontwikkeling van piëzo-elektriese toestelle en materiale in die Verenigde State het maatskappye gehou in die ontwikkeling van oorlogstyd begin in die veld, en belange in die verkryging van winsgewende patente vir nuwe materiale ontwikkel. Kwartskristalle is kommersieel as 'n piëzo-elektriese materiaal ontgin, en wetenskaplikes het gesoek na materiaal met hoër werkverrigting. Ten spyte van vooruitgang in materiaal en rypwording van vervaardigingsprosesse, die Verenigde State
Gabriël Lippmann
Piëso-elektrisiteit is 'n elektromeganiese verskynsel waarin elektriese lading ophoop in sekere vaste materiale, soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA. Dit is die resultaat van 'n interaksie tussen meganiese en elektriese toestande in materiale met inversiesimmetrie. Piëzo-elektrisiteit is die eerste keer in 1880 deur die Franse fisici Pierre en Jacques Curie ontdek.
Piëzo-elektrisiteit is ontgin vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk en die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit. Piëso-elektrisiteit is afgelei van die Griekse woorde πιέζειν (piezein) wat "om te druk of te druk" beteken en ἤλεκτρον (ēlektron) wat "barnsteen" beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Die piëso-elektriese effek is omkeerbaar, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon ook die omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, waarin die interne generering van meganiese spanning voortspruit uit die toepassing van 'n elektriese veld. Byvoorbeeld, loodsirkonaattitanaatkristalle genereer meetbare piëso-elektrisiteit wanneer hul statiese struktuur vervorm word vanaf die oorspronklike dimensie. Omgekeerd kan kristalle hul statiese dimensie verander wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, 'n proses wat bekend staan as die omgekeerde piëso-elektriese effek. Hierdie proses kan gebruik word om ultraklankgolwe te produseer.
Die piëso-elektriese effek is bestudeer sedert die middel van die 18de eeu, toe Carl Linnaeus en Franz Aepinus, op grond van die kennis van René Hauy en Antoine César Becquerel, 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading gestel het. Eksperimente het egter onbeslis bewys. Dit was eers toe die gekombineerde kennis van piro-elektrisiteit en 'n begrip van die onderliggende kristalstrukture aanleiding gegee het tot die voorspelling van piro-elektrisiteit dat navorsers in staat was om kristalgedrag te voorspel. Dit is gedemonstreer deur die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout.
Gabriel Lippmann het in 1881 die fundamentele termodinamiese beginsels van die omgekeerde piëso-elektriese effek wiskundig afgelei. Die Curies het onmiddellik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle.
Vir dekades het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium nuuskierigheid gebly totdat dit 'n belangrike hulpmiddel geword het in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre en Marie Curie. Hulle werk om die kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon het, te verken en te definieer, het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Teksboek van Kristalfisika). Dit het die natuurlike kristalklasse beskryf wat tot piëso-elektrisiteit in staat is en die piëso-elektriese konstantes streng gedefinieer met tensoranalise.
Die praktiese toepassing van piëso-elektriese toestelle het begin met die ontwikkeling van sonar tydens die Eerste Wêreldoorlog. Paul Langevin en sy medewerkers het 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel. Hierdie detektor het bestaan uit 'n transducer gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgeplak is, en 'n hidrofoon om die teruggekeerde eggo op te spoor. Deur 'n hoëfrekwensie-puls van die omskakelaar uit te stuur en die tyd te meet wat dit neem om die eggo van klankgolwe te hoor wat van 'n voorwerp af bons, kon hulle die afstand na die voorwerp bereken. Hierdie gebruik van piëzo-elektrisiteit vir sonar was 'n sukses, en die projek het 'n intense ontwikkelingsbelangstelling in piëzo-elektriese toestelle geskep. Oor die dekades is nuwe piëzo-elektriese materiale en nuwe toepassings vir hierdie materiale ondersoek en ontwikkel. Piëso-elektriese toestelle het tuiste gevind in 'n verskeidenheid velde, van keramiek-fonograafpatrone wat spelerontwerp vereenvoudig het en goedkoop, akkurate platespelers goedkoper gemaak het om te onderhou en makliker te bou, tot die ontwikkeling van ultrasoniese transduktors wat maklike meting van viskositeit en elastisiteit van vloeistowwe moontlik gemaak het. en vaste stowwe, wat groot vordering in materiaalnavorsing tot gevolg het. Ultrasoniese tyddomeinreflektometers stuur 'n ultrasoniese puls in 'n materiaal en meet die refleksies en diskontinuïteite om foute binne gegote metaal- en klipvoorwerpe te vind, wat strukturele veiligheid verbeter.
Na die Tweede Wêreldoorlog het onafhanklike navorsingsgroepe in die Verenigde State, Rusland en Japan 'n nuwe klas sintetiese materiale genaamd ferro-elektriese materiaal ontdek wat piëso-elektriese konstantes tot tien keer hoër as natuurlike materiale vertoon het. Dit het gelei tot intense navorsing om bariumtitanaat, en later loodsirkonaattitanaat, materiale met spesifieke eienskappe vir spesifieke toepassings te ontwikkel. 'n Beduidende voorbeeld van die gebruik van piëso-elektriese kristalle is ontwikkel
Woldemar Voigt
Piëso-elektrisiteit is 'n elektromeganiese verskynsel waarin elektriese lading ophoop in sekere vaste materiale, soos kristalle, keramiek en biologiese materiaal soos been en DNA. Hierdie lading word gegenereer in reaksie op 'n toegepaste meganiese spanning. Die woord piëzo-elektrisiteit is afgelei van die Griekse woord "piezein", wat beteken "om te druk of te druk", en "elektron", wat "amber" beteken, 'n antieke bron van elektriese lading.
Die piëso-elektriese effek is die gevolg van 'n lineêre elektromeganiese interaksie tussen die meganiese en elektriese toestande van kristallyne materiale met inversiesimmetrie. Hierdie effek is omkeerbaar, wat beteken dat materiale wat piëso-elektrisiteit vertoon ook 'n omgekeerde piëso-elektriese effek vertoon, waar die interne generering van meganiese spanning voortspruit uit 'n toegepaste elektriese veld. Byvoorbeeld, loodsirkonaattitanaatkristalle genereer meetbare piëso-elektrisiteit wanneer hul statiese struktuur vervorm word vanaf die oorspronklike dimensie. Omgekeerd kan kristalle hul statiese dimensie verander wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, 'n verskynsel bekend as die omgekeerde piëso-elektriese effek, wat gebruik word in die vervaardiging van ultraklankgolwe.
Franse fisici Pierre en Jacques Curie het piëzo-elektrisiteit in 1880 ontdek. Die piëzo-elektriese effek is sedertdien vir 'n verskeidenheid nuttige toepassings ontgin, insluitend die vervaardiging en opsporing van klank, piëzo-elektriese inkjet-drukwerk, die opwekking van hoëspanning-elektrisiteit, klokopwekkers en elektroniese toestelle soos mikrobalanse en dryf ultrasoniese spuitpunte vir ultrafyn fokusering van optiese samestellings. Dit vorm ook die basis van skanderingsondersoekmikroskope, wat beelde op die skaal van atome kan oplos. Boonop gebruik bakkies in elektronies versterkte kitare en snellers in moderne elektroniese tromme die piëso-elektriese effek.
Piëso-elektrisiteit vind ook alledaagse gebruike om vonke op te wek om gas in kook- en verhittingstoestelle, in fakkels, sigaretaanstekers en meer aan die brand te steek. Die piro-elektriese effek, waar 'n materiaal 'n elektriese potensiaal genereer in reaksie op 'n temperatuurverandering, is in die middel van die 18de eeu deur Carl Linnaeus en Franz Aepinus bestudeer, met behulp van kennis van Rene Hauy en Antoine Cesar Becquerel, wat 'n verband tussen meganiese spanning en elektriese lading. Eksperimente om hierdie verhouding te bewys, was onbeslis.
Die aansig van 'n piëzo-kristal in die Curie-kompensator by die Hunterian Museum in Skotland is 'n demonstrasie van die direkte piëzo-elektriese effek deur die broers Pierre en Jacques Curie. Die kombinasie van hul kennis van piro-elektrisiteit met 'n begrip van die onderliggende kristalstrukture het aanleiding gegee tot die voorspelling van piro-elektrisiteit, wat hulle in staat gestel het om die kristalgedrag wat hulle getoon het in die effek van kristalle soos toermalyn, kwarts, topaas, rietsuiker en Rochelle-sout te voorspel . Natrium- en kaliumtartraat-tetrahidraat en kwarts het ook piëso-elektrisiteit getoon, en 'n piëso-elektriese skyf is gebruik om 'n spanning op te wek wanneer dit vervorm is. Hierdie verandering in vorm was baie oordryf in die Curies se demonstrasie, en hulle het voortgegaan om die omgekeerde piëso-elektriese effek te voorspel. Die omgekeerde effek is wiskundig afgelei uit fundamentele termodinamiese beginsels deur Gabriel Lippmann in 1881.
Die Curies het onmiddellik die bestaan van die omgekeerde effek bevestig, en voortgegaan om kwantitatiewe bewyse te verkry van die volledige omkeerbaarheid van elektro-elasto-meganiese vervormings in piëso-elektriese kristalle. In die dekades wat gevolg het, het piëzo-elektrisiteit 'n laboratorium-nuuskierigheid gebly, totdat dit 'n belangrike hulpmiddel geword het in die ontdekking van polonium en radium deur Pierre Marie Curie, wat dit gebruik het om kristalstrukture wat piëzo-elektrisiteit vertoon te verken en te definieer. Dit het uitgeloop op die publikasie van Woldemar Voigt se Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics), wat die natuurlike kristalklasse beskryf wat tot piëso-elektrisiteit in staat is en die piëso-elektriese konstantes streng gedefinieer het deur gebruik te maak van tensoranalise.
Dit het gelei tot die praktiese toepassing van piëso-elektriese toestelle, soos sonar, wat tydens die Eerste Wêreldoorlog ontwikkel is. In Frankryk het Paul Langevin en sy medewerkers 'n ultrasoniese duikbootdetektor ontwikkel. Hierdie detektor het bestaan uit 'n omvormer gemaak van dun kwartskristalle wat versigtig aan staalplate vasgeplak is, en 'n hidrofoon om die teruggekeerde eggo op te spoor nadat 'n hoëfrekwensie-puls van die omskakelaar uitgestuur is. Deur die tyd te meet wat dit neem om die eggo van die klankgolwe te hoor wat van 'n voorwerp af bons, kan hulle die afstand na die voorwerp bereken. Hulle het piëzo-elektrisiteit gebruik om hierdie sonar 'n sukses te maak, en die projek het 'n intense ontwikkeling en belangstelling in.
Belangrike verhoudings
- Piëso-elektriese aktuators: Piëzo-elektriese aktueerders is toestelle wat elektriese energie omskakel in meganiese beweging. Hulle word algemeen gebruik in robotika, mediese toestelle en ander toepassings waar presiese bewegingsbeheer vereis word.
- Piëso-elektriese sensors: Piëzo-elektriese sensors word gebruik om fisiese parameters soos druk, versnelling en vibrasie te meet. Hulle word dikwels gebruik in industriële en mediese toepassings, sowel as in verbruikerselektronika.
- Piëzo-elektrisiteit in die natuur: Piëzo-elektrisiteit is 'n natuurlike verskynsel in sekere materiale, en word in baie lewende organismes aangetref. Dit word deur sommige organismes gebruik om hul omgewing te waarneem en om met ander organismes te kommunikeer.
Gevolgtrekking
Piëzo-elektrisiteit is 'n wonderlike verskynsel wat in 'n verskeidenheid toepassings gebruik is, van sonar tot fonograafpatrone. Dit is sedert die middel van die 1800's bestudeer en is met groot effek gebruik in die ontwikkeling van moderne tegnologie. Hierdie blogpos het die geskiedenis en gebruike van piëzo-elektrisiteit ondersoek, en het die belangrikheid van hierdie verskynsel in die ontwikkeling van moderne tegnologie beklemtoon. Vir diegene wat belangstel om meer oor piëzo-elektrisiteit te leer, is hierdie pos 'n goeie beginpunt.
Ek is Joost Nusselder, die stigter van Neaera en 'n inhoudsbemarker, pa, en hou daarvan om nuwe toerusting uit te probeer met kitaar in die hart van my passie, en saam met my span skep ek sedert 2020 in-diepte blogartikels om lojale lesers te help met opnames en kitaarwenke.
