Piezoelektřina: Komplexní průvodce pro pochopení její mechaniky a aplikací

Piezoelektřina je schopnost určitých materiálů generovat elektřinu, když jsou vystaveny mechanickému namáhání a naopak. Slovo pochází z řeckého piezo, což znamená tlak a elektřinu. Poprvé byl objeven v roce 1880, ale koncept je znám již dlouho.

Nejznámějším příkladem piezoelektřiny je křemen, ale tento jev vykazuje i mnoho dalších materiálů. Nejběžnějším využitím piezoelektriky je produkce ultrazvuku.

V tomto článku proberu, co je piezoelektřina, jak funguje a některé z mnoha praktických aplikací tohoto úžasného jevu.

Co je piezoelektřina?

Piezoelektřina je schopnost určitých materiálů generovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Jde o lineární elektromechanickou interakci mezi mechanickými a elektrickými stavy v krystalických materiálech s inverzní symetrií. Piezoelektrické materiály lze použít k výrobě vysokonapěťové elektřiny, generátorů hodin, elektronických zařízení, mikrovah, pohonu ultrazvukových trysek a optických sestav s ultrajemným zaostřováním.

Piezoelektrické materiály zahrnují krystaly, určitou keramiku, biologickou hmotu jako kost a DNA a proteiny. Při působení síly na piezoelektrický materiál vzniká elektrický náboj. Tento náboj pak lze použít k napájení zařízení nebo k vytvoření napětí.

Piezoelektrické materiály se používají v různých aplikacích, včetně:
• Produkce a detekce zvuku
• Piezoelektrický inkoustový tisk
• Výroba elektrické energie vysokého napětí
• Generátory hodin
• Elektronická zařízení
• Mikrováhy
• Pohon ultrazvukových trysek
• Ultrajemné zaostřovací optické sestavy
• Snímače pro elektronicky zesílené kytary
• Spouště pro moderní elektronické bicí
• Produkce jisker k zapálení plynu
• Zařízení pro vaření a ohřev
• Svítilny a zapalovače cigaret.

Jaká je historie piezoelektriky?

Piezoelektřinu objevili v roce 1880 francouzští fyzikové Jacques a Pierre Curie. Je to elektrický náboj, který se hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, v reakci na aplikované mechanické namáhání. Slovo „piezoelektřina“ je odvozeno z řeckého slova „piezein“, což znamená „stlačit“ nebo „lisovat“, a „elektron“, což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrický jev je výsledkem lineární elektromechanické interakce mezi mechanickým a elektrickým stavem krystalických materiálů s inverzní symetrií. Je to reverzibilní proces, což znamená, že materiály vykazující piezoelektriku také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole.

Kombinovaná znalost pyroelektřiny a porozumění základním krystalovým strukturám u Curiesových dala vzniknout předpovědi pyroelektřiny a schopnosti předpovídat chování krystalu. To bylo prokázáno na účinku krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl.

Curies okamžitě potvrdil existenci opačného efektu a pokračoval v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech. V průběhu desetiletí zůstala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, dokud se nestala životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými.

Piezoelektřina se využívá pro mnoho užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrický inkoustový tisk, generování vysokonapěťové elektřiny, hodinové generátory a elektronická zařízení, mikrováhy, poháněcí ultrazvukové trysky, ultrajemné zaostřování optických sestav a formy základ skenovacích sondových mikroskopů pro rozlišení obrazů v měřítku atomů.

Piezoelektřina také nachází každodenní využití, jako je generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, svítilnách, zapalovačích cigaret a pyroelektrický efekt, kdy materiál generuje elektrický potenciál v reakci na změnu teploty.

Vývoj sonaru během první světové války viděl použití piezoelektrických krystalů vyvinutých Bell Telephone Laboratories. To umožnilo spojeneckým vzdušným silám zapojit se do koordinovaných hromadných útoků pomocí leteckého rádia. Vývoj piezoelektrických zařízení a materiálů ve Spojených státech držel firmy ve vývoji válečných začátků v oblasti zájmů, zajišťování ziskových patentů na nové materiály.

Japonsko vidělo nové aplikace a růst piezoelektrického průmyslu Spojených států a rychle vyvinulo své vlastní. Rychle sdíleli informace a vyvinuli materiály na bázi titaničitanu barnatého a později zirkoničitanu olovnatého se specifickými vlastnostmi pro konkrétní aplikace.

Piezoelektřina ušla od svého objevu v roce 1880 dlouhou cestu a nyní se používá v různých každodenních aplikacích. Byl také použit k pokroku ve výzkumu materiálů, jako jsou ultrazvukové reflektometry v časové oblasti, které vysílají ultrazvukový puls skrz materiál k měření odrazů a diskontinuit, aby nalezly vady uvnitř litých kovových a kamenných předmětů, čímž se zlepšila strukturální bezpečnost.

Jak funguje piezoelektřina

V této části budu zkoumat, jak funguje piezoelektřina. Budu se dívat na akumulaci elektrického náboje v pevných látkách, lineární elektromechanickou interakci a reverzibilní proces, který tvoří tento jev. Budu také diskutovat o historii piezoelektriky a jejích aplikacích.

Akumulace elektrického náboje v pevných látkách

Piezoelektřina je elektrický náboj, který se hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Je reakcí na aplikované mechanické namáhání a jeho název pochází z řeckých slov „piezein“ (stisknout nebo stisknout) a „ēlektron“ (jantar).

Piezoelektrický jev je výsledkem lineární elektromechanické interakce mezi mechanickými a elektrickými stavy v krystalických materiálech s inverzní symetrií. Je to reverzibilní proces, což znamená, že materiály vykazující piezoelektřinu také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, kdy vnitřní generování mechanického napětí vyplývá z aplikovaného elektrického pole. Příklady materiálů, které generují měřitelnou piezoelektřinu, zahrnují krystaly zirkoničitanu titaničitého.

Francouzští fyzici Pierre a Jacques Curie objevili piezoelektřinu v roce 1880. Od té doby byla využívána pro řadu užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrického inkoustového tisku, výroby elektrické energie vysokého napětí, generátorů hodin a elektronických zařízení, jako jsou mikrováhy. a hnací ultrazvukové trysky pro ultrajemné zaostřování optických sestav. Tvoří také základ rastrovacích sondových mikroskopů, které dokážou rozlišit obrazy v měřítku atomů. Piezoelektřina se také používá ve snímačích pro elektronicky zesílené kytary a spouští pro moderní elektronické bicí.

Piezoelektřina nachází každodenní využití při generování jisker k zapálení plynu, ve varných a ohřívacích zařízeních, svítilnách, zapalovačích cigaret a pyroelektrickém efektu, kdy materiál generuje elektrický potenciál v reakci na změnu teploty. Toto studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. století, přičemž čerpali ze znalostí René Haüye a Antoina Césara Becquerela, kteří navrhli vztah mezi mechanickým napětím a elektrickým nábojem. Experimenty se ukázaly jako neprůkazné.

Pohled na piezokrystal v kompenzátoru Curie v Hunterian Museum ve Skotsku je ukázkou přímého piezoelektrického jevu. Bratři Pierre a Jacques Curieovi spojili své znalosti pyroelektřiny s pochopením základních krystalových struktur, což dalo vzniknout předpovědi pyroelektřiny. Byli schopni předpovědět chování krystalů a prokázali účinek v krystalech, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelleova sůl. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a křemen také vykazovaly piezoelektřinu. Piezoelektrický disk generuje při deformaci napětí a změna tvaru je v Curiesově demonstraci značně přehnaná.

Dokázali předpovědět obrácený piezoelektrický jev a opačný efekt matematicky odvodil Gabriel Lippmann v roce 1881. Curieovi okamžitě potvrdili existenci opačného jevu a pokračovali v získání kvantitativního důkazu úplné reverzibilnosti elektroelasto- mechanické deformace v piezoelektrických krystalech.

Po desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, ale byla životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila v publikaci Lehrbuch der Kristallphysik (Učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta, která popsala třídy přírodních krystalů schopné piezoelektriky a důsledně definovala piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy. Toto byla praktická aplikace piezoelektrických zařízení a sonar byl vyvinut během XNUMX. světové války. Ve Francii Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek.

Detektor se skládal z a převodník vyrobeno z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům a hydrofonu pro detekci vrácené ozvěny. Vysíláním vysoké frekvence pulsem z převodníku a měřením času, který zabere slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, byli schopni vypočítat vzdálenost k objektu. Použili piezoelektriku, aby byl sonar úspěšný, a projekt vytvořil intenzivní vývoj a zájem o piezoelektrická zařízení. V průběhu desetiletí byly prozkoumány a vyvinuty nové piezoelektrické materiály a nové aplikace pro tyto materiály a piezoelektrická zařízení našla své domovy v různých oblastech. Keramické gramofonové kazety zjednodušily design přehrávače a vytvořily levné a přesné gramofony, které byly levnější na údržbu a snazší na stavbu.

Vývoj ultrazvukových měničů umožnil snadné měření viskozity a elasticity kapalin a pevných látek, což vedlo k obrovskému pokroku ve výzkumu materiálů.

Lineární elektromechanická interakce

Piezoelektřina je schopnost určitých materiálů generovat elektrický náboj, když jsou vystaveny mechanickému namáhání. Slovo je odvozeno z řeckých slov πιέζειν (piezein) znamenající „stisknout nebo stisknout“ a ἤλεκτρον (ēlektron) znamenající „jantar“, který byl starověkým zdrojem elektrického náboje.

Piezoelektřinu objevili v roce 1880 francouzští fyzikové Jacques a Pierre Curie. Je založen na lineární elektromechanické interakci mezi mechanickým a elektrickým stavem krystalických materiálů s inverzní symetrií. Tento efekt je reverzibilní, což znamená, že materiály vykazující piezoelektriku také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, přičemž vnitřní generování mechanického napětí je výsledkem aplikovaného elektrického pole. Příklady materiálů, které generují měřitelnou piezoelektřinu, když jsou deformovány ze své statické struktury, zahrnují krystaly zirkoničitanu a titanátu. Krystaly mohou naopak změnit svůj statický rozměr, když je aplikováno vnější elektrické pole, což je známé jako inverzní piezoelektrický jev a používá se při výrobě ultrazvukových vln.

Best strings for electric guitar

Share

Watch on

Piezoelektřina byla využívána pro řadu užitečných aplikací, jako jsou:

• Produkce a detekce zvuku
• Piezoelektrický inkoustový tisk
• Výroba elektrické energie vysokého napětí
• Generátor hodin
• Elektronická zařízení
• Mikrováhy
• Pohon ultrazvukových trysek
• Ultrajemné zaostřovací optické sestavy
• Tvoří základ rastrovacích sondových mikroskopů pro rozlišení obrázků v měřítku atomů
• Snímače v elektronicky zesílených kytarách
• Spouště v moderních elektronických bicích
• Generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních
• Svítilny a zapalovače cigaret

Piezoelektřina také nachází každodenní použití v pyroelektrickém efektu, což je materiál, který generuje elektrický potenciál v reakci na změnu teploty. Toto studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. století, přičemž čerpali ze znalostí René Haüye a Antoina Césara Becquerela, kteří navrhli vztah mezi mechanickým napětím a elektrickým nábojem. Experimenty se však ukázaly jako neprůkazné.

Pozorování piezo krystalu v kompenzátoru Curie v Hunterian Museum ve Skotsku je ukázkou přímého piezoelektrického jevu. Byla to práce bratrů Pierra a Jacquese Curieových, která prozkoumala a definovala krystalové struktury, které vykazovaly piezoelektřinu, což vyvrcholilo vydáním Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta. To popsalo třídy přírodních krystalů schopné piezoelektriky a důsledně definovalo piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy, což vedlo k praktické aplikaci piezoelektrických zařízení.

Sonar byl vyvinut během první světové války, kdy Francouz Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek. Tento detektor sestával z převodníku vyrobeného z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům a hydrofonu pro detekci vrácené ozvěny po vyslání vysokofrekvenčního impulsu z převodníku. Měřením času, který zabere slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, byli schopni vypočítat vzdálenost objektu s využitím piezoelektriky. Úspěch tohoto projektu vyvolal intenzivní vývoj a zájem o piezoelektrická zařízení v průběhu desetiletí, přičemž byly zkoumány a vyvíjeny nové piezoelektrické materiály a nové aplikace pro tyto materiály. Piezoelektrická zařízení našla domov v mnoha oblastech, jako jsou keramické kazety do gramofonu, které zjednodušily design přehrávače a vyrobily levnější a přesnější gramofony a levnější a jednodušší na stavbu a údržbu.

Vývoj ultrazvukových měničů umožnil snadné měření viskozity a elasticity kapalin a pevných látek, což vedlo k obrovskému pokroku ve výzkumu materiálů. Ultrazvukové reflektometry v časové oblasti vysílají ultrazvukový impuls do materiálu a měří odrazy a diskontinuity, aby nalezly vady uvnitř litých kovových a kamenných předmětů, čímž zlepšují konstrukční bezpečnost. Po druhé světové válce objevily nezávislé výzkumné skupiny ve Spojených státech, Rusku a Japonsku novou třídu syntetických materiálů zvanou feroelektrika, která vykazovala piezoelektrické konstanty mnohonásobně vyšší než přírodní materiály. To vedlo k intenzivnímu výzkumu s cílem vyvinout titaničitan barnatý a později olovnatý zirkoničitan titaničitý, materiály se specifickými vlastnostmi pro konkrétní aplikace.

Významný příklad použití piezoelektrických krystalů vyvinuly Bell Telephone Laboratories po druhé světové válce. Frederick R. Lack, pracující v oddělení radiotelefonie,

Reverzibilní proces

Piezoelektřina je elektrický náboj, který se hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Je to odezva těchto materiálů na aplikované mechanické namáhání. Slovo „piezoelektřina“ pochází z řeckých slov „piezein“, což znamená „stlačit“ nebo „lisovat“, a „ēlektron“ znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrický jev je výsledkem lineární elektromechanické interakce mezi mechanickým a elektrickým stavem krystalických materiálů s inverzní symetrií. Je to reverzibilní proces, což znamená, že materiály vykazující piezoelektriku také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Příklady materiálů, které generují měřitelnou piezoelektřinu, zahrnují krystaly zirkoničitanu titaničitého. Při deformaci statické struktury těchto krystalů se vrátí do původního rozměru a naopak při působení vnějšího elektrického pole změní svůj statický rozměr a produkují ultrazvukové vlny.

Francouzští fyzikové Jacques a Pierre Curie objevili piezoelektřinu v roce 1880. Od té doby byla využívána pro řadu užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrický inkoustový tisk, generování vysokonapěťové elektřiny, hodinové generátory, elektronická zařízení, mikrováhy, ultrazvukové trysky pohonu a optické sestavy s ultrajemným zaostřováním. Tvoří také základ pro skenovací sondové mikroskopy, které dokážou rozlišit obrazy v měřítku atomů. Piezoelektřina se také používá ve snímačích pro elektronicky zesílené kytary a spouštěcích mechanismech pro moderní elektronické bicí.

Piezoelektřina také nachází každodenní použití, jako je generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, svítilnách, zapalovačích cigaret a dalších. Pyroelektrický efekt, při kterém materiál vytváří elektrický potenciál v reakci na změnu teploty, studovali Carl Linné, Franz Aepinus a René Haüy v polovině 18. století, přičemž čerpali ze znalostí jantaru. Antoine César Becquerel navrhl vztah mezi mechanickým namáháním a elektrickým nábojem, ale experimenty se ukázaly jako neprůkazné.

Návštěvníci Hunterian Museum v Glasgow si mohou prohlédnout Piezo Crystal Curie Compensator, ukázku přímého piezoelektrického jevu bratří Pierra a Jacquese Curieových. Kombinace jejich znalostí pyroelektřiny s pochopením základních krystalových struktur vedlo k předpovědi pyroelektřiny a schopnosti předpovídat chování krystalu. To bylo prokázáno působením krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelleova sůl. Tetrahydrát a křemen vinanu sodného a draselného také vykazovaly piezoelektřinu a ke generování napětí při deformaci byl použit piezoelektrický disk. Tuto změnu tvaru velmi zveličili Curieovi, aby předpověděli opačný piezoelektrický jev. Opačný efekt byl matematicky odvozen ze základních termodynamických principů Gabriel Lippmann v roce 1881.

Curies okamžitě potvrdil existenci opačného efektu a pokračoval v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech. Po desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, ale byla životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila v publikaci Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta. To popsalo třídy přírodních krystalů schopné piezoelektriky a přesně definovalo piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy.

Praktická aplikace piezoelektrických zařízení, jako je sonar, byla vyvinuta během XNUMX. světové války. Ve Francii Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek. Tento detektor se skládal z převodníku vyrobeného z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům a hydrofonu pro detekci vrácené ozvěny. Vysláním vysokofrekvenčního pulsu z převodníku a měřením času, který zabere slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, byli schopni vypočítat vzdálenost objektu. K úspěchu tohoto sonaru použili piezoelektřinu. Tento projekt vyvolal intenzivní vývoj a zájem o piezoelektrická zařízení a během desetiletí byly zkoumány a vyvíjeny nové piezoelektrické materiály a nové aplikace pro tyto materiály. Piezoelektrická zařízení

Co způsobuje piezoelektřinu?

V této části budu zkoumat původ piezoelektriky a různé materiály, které tento jev vykazují. Podívám se na řecké slovo 'piezein', starověký zdroj elektrického náboje a pyroelektrický efekt. Budu také diskutovat o objevech Pierra a Jacquese Curieho a vývoji piezoelektrických zařízení ve 20. století.

Řecké slovo piezein

Piezoelektřina je akumulace elektrického náboje v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Je to způsobeno reakcí těchto materiálů na aplikované mechanické namáhání. Slovo piezoelektřina pochází z řeckého slova „piezein“, což znamená „stisknout nebo stisknout“, a „ēlektron“, což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrický jev je výsledkem lineární elektromechanické interakce mezi mechanickým a elektrickým stavem krystalických materiálů s inverzní symetrií. Je to reverzibilní proces, což znamená, že materiály vykazující piezoelektřinu také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Například krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého generují měřitelnou piezoelektřinu, když je jejich statická struktura deformována z původního rozměru. Krystaly mohou naopak změnit svůj statický rozměr, když je aplikováno vnější elektrické pole, což je známé jako inverzní piezoelektrický jev a je to produkce ultrazvukových vln.

Francouzští fyzici Jacques a Pierre Curie objevili piezoelektřinu v roce 1880. Piezoelektrický jev byl využíván pro mnoho užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrického inkoustového tisku, výroby elektřiny vysokého napětí, generátorů hodin a elektronických zařízení, jako jsou mikrováhy. , hnací ultrazvukové trysky a optické sestavy s ultrajemným zaostřováním. Tvoří také základ rastrovacích sondových mikroskopů, které dokážou rozlišit obrazy v měřítku atomů. Piezoelektřina se také používá ve snímačích pro elektronicky zesílené kytary a spouštěcích mechanismech pro moderní elektronické bicí.

Piezoelektřina nachází každodenní využití, jako je generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, svítilnách, zapalovačích cigaret a dalších. Pyroelektrický efekt, což je generování elektrického potenciálu v reakci na změnu teploty, studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. mechanické namáhání a elektrický náboj. Experimenty se ukázaly jako neprůkazné.

V muzeu ve Skotsku si návštěvníci mohou prohlédnout piezokrystalový kompenzátor Curie, ukázku přímého piezoelektrického jevu bratří Pierra a Jacquese Curieových. Kombinace jejich znalostí pyroelektřiny s pochopením základních krystalových struktur vedlo k předpovědi pyroelektřiny a schopnosti předpovídat chování krystalu. To bylo prokázáno působením krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a křemen z Rochelleovy soli vykazovaly piezoelektřinu a piezoelektrický disk generuje při deformaci napětí. Tato změna tvaru je v demonstraci Curieových značně přehnaná.

Curies pokračoval v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech. Po desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, dokud se nestala životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila v publikaci Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta. To popsalo třídy přírodních krystalů schopné piezoelektriky a přesně definovalo piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy.

Tato praktická aplikace piezoelektriky vedla k vývoji sonaru během XNUMX. světové války. Ve Francii Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek. Detektor se skládal z měniče vyrobeného z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům, zvaným hydrofon, pro detekci vrácené ozvěny po vyslání vysokofrekvenčního pulzu. Snímač změřil dobu, kterou trvalo slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, aby vypočítal vzdálenost objektu. Použití piezoelektriky v sonaru bylo úspěšné a projekt vytvořil intenzivní vývoj a zájem o piezoelektrická zařízení po celá desetiletí.

Byly prozkoumány a vyvinuty nové piezoelektrické materiály a nové aplikace pro tyto materiály a piezoelektrická zařízení našla domov v mnoha oblastech, jako jsou keramické kazety do gramofonu, které zjednodušily konstrukci přehrávače a vytvořily levnější, přesnější gramofony, které byly levnější na údržbu a snazší. postavit. Vývoj

Starověký zdroj elektrického náboje

Piezoelektřina je elektrický náboj, který se hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Je to způsobeno reakcí materiálu na aplikované mechanické namáhání. Slovo „piezoelektřina“ pochází z řeckého slova „piezein“, což znamená „stisknout nebo stisknout“, a slova „elektron“, což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrický jev je výsledkem lineární elektromechanické interakce mezi mechanickým a elektrickým stavem krystalických materiálů s inverzní symetrií. Je to reverzibilní proces, což znamená, že materiály vykazující piezoelektřinu také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Například krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého generují měřitelnou piezoelektřinu, když je jejich statická struktura deformována z původního rozměru. Naopak, když je aplikováno vnější elektrické pole, krystaly mění svůj statický rozměr v inverzním piezoelektrickém jevu a vytvářejí ultrazvukové vlny.

Piezoelektrický jev objevili v roce 1880 francouzští fyzikové Jacques a Pierre Curie. Využívá se pro řadu užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrický inkoustový tisk, generování vysokonapěťové elektřiny, generátory hodin a elektronická zařízení, jako jsou mikrováhy a poháněcí ultrazvukové trysky pro ultrajemné zaostřování optických sestav. Tvoří také základ pro skenovací sondové mikroskopy, které se používají k rozlišení obrázků v měřítku atomů. Piezoelektřina se také používá ve snímačích pro elektronicky zesílené kytary a spouštěcích mechanismech pro moderní elektronické bicí.

Piezoelektřina nachází každodenní využití při generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, svítilnách, zapalovačích cigaret a dalších. Pyroelektrický efekt, což je produkce elektrického potenciálu v reakci na změnu teploty, studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. stres a elektrický náboj. Jejich experimenty se však ukázaly jako neprůkazné.

Pohled na piezokrystal a Curieův kompenzátor v Hunterian Museum ve Skotsku demonstruje přímý piezoelektrický efekt. Byla to práce bratrů Pierra a Jacquese Curieových, která prozkoumala a definovala krystalové struktury, které vykazovaly piezoelektřinu, což vyvrcholilo vydáním Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta. To popsalo třídy přirozených krystalů schopné piezoelektřiny a důsledně definovalo piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy, což umožňuje praktickou aplikaci piezoelektrických zařízení.

Sonar byl vyvinut během první světové války francouzským Paulem Langevinem a jeho spolupracovníky, kteří vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek. Detektor se skládal z převodníku vyrobeného z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům a hydrofonu pro detekci vrácené ozvěny. Vysláním vysokofrekvenčního pulsu z převodníku a měřením času, který zabere slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, byli schopni vypočítat vzdálenost k objektu. K úspěchu tohoto sonaru použili piezoelektřinu. Projekt vytvořil intenzivní vývoj a zájem o piezoelektrická zařízení po celá desetiletí.

Pyroelektřina

Piezoelektřina je schopnost určitých materiálů akumulovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Jde o lineární elektromechanickou interakci mezi mechanickým a elektrickým stavem krystalických materiálů s inverzní symetrií. Slovo „piezoelektřina“ je odvozeno z řeckého slova „piezein“, což znamená „stisknout nebo stisknout“, a řeckého slova „ēlektron“, což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrický jev objevili francouzští fyzikové Jacques a Pierre Curie v roce 1880. Jedná se o reverzibilní proces, což znamená, že materiály vykazující piezoelektrický efekt také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Příklady materiálů, které generují měřitelnou piezoelektřinu, zahrnují krystaly zirkoničitanu titaničitého. Při deformaci statické struktury se vrátí do původního rozměru. Naopak, když je aplikováno vnější elektrické pole, dochází k inverznímu piezoelektrickému jevu, což vede k produkci ultrazvukových vln.

Piezoelektrický efekt se využívá pro mnoho užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrický inkoustový tisk, generování vysokonapěťové elektřiny, generátory hodin a elektronická zařízení, jako jsou mikrováhy, poháněcí ultrazvukové trysky a optické sestavy s ultrajemným zaostřováním. Je také základem pro skenovací sondové mikroskopy, které se používají k rozlišení obrázků v měřítku atomů. Piezoelektřina se také používá ve snímačích pro elektronicky zesílené kytary a spouští pro moderní elektronické bicí.

Piezoelektřina nachází každodenní využití, jako je generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, svítilnách, zapalovačích cigaret a dalších. Pyroelektrický efekt, což je produkce elektrického potenciálu v reakci na změnu teploty, studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. století, přičemž čerpali ze znalostí René Haüye a Antoina Césara Becquerela, kteří předpokládali vztah mezi mechanickým namáháním a elektrickým nábojem. Experimenty se však ukázaly jako neprůkazné.

Pohled na piezokrystal v muzeu Curie Compensator Museum ve Skotsku je ukázkou přímého piezoelektrického jevu. Bratři Pierre a Jacques Curieovi spojili své znalosti pyroelektřiny a porozumění základním krystalovým strukturám, aby dali základ pochopení pyroelektřiny a předpověděli chování krystalu. To bylo prokázáno na účinku krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl. Bylo zjištěno, že tetrahydrát vínanu sodnodraselného a křemen vykazují piezoelektřinu a ke generování napětí při deformaci byl použit piezoelektrický disk. Toto bylo značně přeháněno Curiesovými, aby předpověděli obrácený piezoelektrický jev. Opačný efekt byl matematicky odvozen ze základních termodynamických principů Gabriel Lippmann v roce 1881.

Curies okamžitě potvrdil existenci opačného efektu a pokračoval v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech. V následujících desetiletích zůstala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, dokud se nestala životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila v publikaci Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta.

Vývoj sonaru byl úspěšný a projekt vytvořil intenzivní vývoj a zájem o piezoelektrická zařízení. V následujících desetiletích byly zkoumány a vyvinuty nové piezoelektrické materiály a nové aplikace pro tyto materiály. Piezoelektrická zařízení našla své domovy v mnoha oblastech, jako jsou keramické fonografové kazety, které zjednodušily design přehrávače a vytvořily levnější, přesnější gramofony, které byly levnější na údržbu a snazší na stavbu. Vývoj ultrazvukových měničů umožnil snadné měření viskozity a elasticity kapalin a pevných látek, což vedlo k obrovskému pokroku ve výzkumu materiálů. Ultrazvukové reflektometry v časové oblasti vysílají ultrazvukový impuls do materiálu a měří odrazy a diskontinuity, aby nalezly vady uvnitř litých kovových a kamenných předmětů, čímž zlepšují konstrukční bezpečnost.

Po druhé světové válce objevily nezávislé výzkumné skupiny ve Spojených státech, Rusku a Japonsku novou třídu syntetických materiálů zvanou feroelektrika, která vykazovala piezoelektrické konstanty

Piezoelektrické materiály

V této části budu diskutovat o materiálech, které vykazují piezoelektrický efekt, což je schopnost určitých materiálů akumulovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Podívám se na krystaly, keramiku, biologickou hmotu, kost, DNA a proteiny a na to, jak všechny reagují na piezoelektrický efekt.

krystaly

Piezoelektřina je schopnost určitých materiálů akumulovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Slovo piezoelektřina je odvozeno z řeckých slov πιέζειν (piezein) znamenající 'stlačit' nebo 'lisovat' a ἤλεκτρον (ēlektron) znamenající 'jantar', starověký zdroj elektrického náboje. Piezoelektrické materiály zahrnují krystaly, keramiku, biologickou hmotu, kost, DNA a proteiny.

Piezoelektřina je lineární elektromechanická interakce mezi mechanickými a elektrickými stavy v krystalických materiálech s inverzní symetrií. Tento efekt je reverzibilní, což znamená, že materiály vykazující piezoelektriku také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Příklady materiálů, které generují měřitelnou piezoelektřinu, zahrnují krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého, které se mohou deformovat na svůj původní rozměr nebo naopak změnit svůj statický rozměr, když je aplikováno vnější elektrické pole. Toto je známé jako inverzní piezoelektrický efekt a používá se k produkci ultrazvukových vln.

Francouzští fyzici Jacques a Pierre Curie objevili piezoelektřinu v roce 1880. Piezoelektrický jev byl využíván pro řadu užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrického inkoustového tisku, výroby elektřiny vysokého napětí, generátorů hodin a elektronických zařízení, jako je např. jako mikrováhy, poháněcí ultrazvukové trysky a optické sestavy s ultrajemným zaostřováním. Tvoří také základ pro skenovací sondové mikroskopy, které se používají k rozlišení obrázků v měřítku atomů. Piezoelektrické snímače se také používají v elektronicky zesílených kytarách a spouště v moderních elektronických bicích.

Piezoelektřina nachází každodenní použití při generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, stejně jako v baterkách a zapalovačích cigaret. Pyroelektrický efekt, což je generování elektrického potenciálu v reakci na změnu teploty, studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. stres a elektrický náboj. Pokusy prokázat tuto teorii byly neprůkazné.

Pohled na piezokrystal v kompenzátoru Curie v Hunterian Museum ve Skotsku je ukázkou přímého piezoelektrického jevu. Bratři Pierre a Jacques Curieovi spojili své znalosti pyroelektřiny s pochopením základních krystalových struktur, aby dali vzniknout předpovědi pyroelektřiny. Byli schopni předpovědět chování krystalů a prokázali účinek v krystalech, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelleova sůl. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a křemen také vykazovaly piezoelektřinu. Piezoelektrický disk vytváří při deformaci napětí; změna tvaru je v demonstraci Curieových značně přehnaná.

Byli také schopni předpovědět obrácený piezoelektrický jev a matematicky odvodit základní termodynamické principy, které za ním stojí. Gabriel Lippmann to udělal v roce 1881. Curieovi okamžitě potvrdili existenci opačného efektu a pokračovali v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech.

Po desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, ale byla životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila v publikaci Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta, která popsala třídy přírodních krystalů schopné piezoelektriky a důsledně definovala piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy.

Praktická aplikace piezoelektrických zařízení v sonaru byla vyvinuta během XNUMX. světové války. Ve Francii Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek. Tento detektor sestával z měniče vyrobeného z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům, zvaným hydrofon, pro detekci vrácené ozvěny po vyslání vysokofrekvenčního pulzu. Měřením času, který zabere slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, byli schopni vypočítat vzdálenost k objektu. Toto použití piezoelektriky v sonaru bylo úspěšné a projekt vytvořil intenzivní vývoj a zájem o piezoelektrická zařízení v průběhu desetiletí.

Keramika

Piezoelektrické materiály jsou pevné látky, které akumulují elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Piezoelektřina je odvozena z řeckých slov πιέζειν (piezein), což znamená 'stisknout' nebo 'lisovat' a ἤλεκτρον (ēlektron) znamená 'jantar', starověký zdroj elektrického náboje. Piezoelektrické materiály se používají v různých aplikacích, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrického inkoustového tisku a výroby vysokonapěťové elektřiny.

Piezoelektrické materiály se nacházejí v krystalech, keramice, biologické hmotě, kostech, DNA a proteinech. Keramika je nejběžnější piezoelektrické materiály používané v každodenních aplikacích. Keramika je vyrobena z kombinace oxidů kovů, jako je zirkoničitan titaničitan olovnatý (PZT), které se zahřívají na vysoké teploty za vzniku pevné látky. Keramika je vysoce odolná a odolává extrémním teplotám a tlakům.

Piezoelektrická keramika má řadu použití, včetně:

• Generování jisker k zapálení plynu pro vaření a topná zařízení, jako jsou baterky a zapalovače cigaret.
• Generování ultrazvukových vln pro lékařské zobrazování.
• Výroba vysokonapěťové elektřiny pro generátory hodin a elektronická zařízení.
• Generování mikrovah pro použití při přesném vážení.
• Hnací ultrazvukové trysky pro ultrajemné zaostřování optických sestav.
• Tvoří základ pro skenovací sondové mikroskopy, které dokážou rozlišit obrazy v měřítku atomů.
• Snímače pro elektronicky zesílené kytary a spouštěče pro moderní elektronické bicí.

Piezoelektrická keramika se používá v široké škále aplikací, od spotřební elektroniky po lékařské zobrazování. Jsou vysoce odolné a odolávají extrémním teplotám a tlakům, takže jsou ideální pro použití v různých průmyslových odvětvích.

Biologická hmota

Piezoelektřina je schopnost určitých materiálů akumulovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Je odvozeno z řeckého slova „piezein“, což znamená „stisknout nebo stisknout“, a „ēlektron“, což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Biologická hmota, jako je kost, DNA a proteiny, patří mezi materiály, které vykazují piezoelektřinu. Tento efekt je reverzibilní, což znamená, že materiály vykazující piezoelektřinu také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Příklady těchto materiálů zahrnují krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého, které generují měřitelnou piezoelektřinu, když je jejich statická struktura deformována z původního rozměru. Naopak, když je aplikováno vnější elektrické pole, krystaly mění svůj statický rozměr a vytvářejí ultrazvukové vlny prostřednictvím inverzního piezoelektrického jevu.

Objev piezoelektriky učinili francouzští fyzikové Jacques a Pierre Curie v roce 1880. Od té doby byla využívána pro řadu užitečných aplikací, jako jsou:

• Produkce a detekce zvuku
• Piezoelektrický inkoustový tisk
• Výroba elektrické energie vysokého napětí
• Generátor hodin
• Elektronická zařízení
• Mikrováhy
• Pohon ultrazvukových trysek
• Ultrajemné zaostřovací optické sestavy
• Tvoří základ rastrovacích sondových mikroskopů
• Rozlišujte obrázky v měřítku atomů
• Snímače v elektronicky zesílených kytarách
• Spouště v moderních elektronických bicích

Piezoelektřina se také používá v každodenních předmětech, jako jsou plynová varná a topná zařízení, svítilny, zapalovače cigaret a další. Pyroelektrický efekt, což je produkce elektrického potenciálu v reakci na změnu teploty, studovali Carl Linné a Franz Aepinus v polovině 18. století. Na základě znalostí René Haüye a Antoina Césara Becquerela navrhli vztah mezi mechanickým napětím a elektrickým nábojem, ale jejich experimenty se ukázaly jako neprůkazné.

Pohled na piezokrystal v Curie Compensator v Hunterian Museum ve Skotsku je ukázkou přímého piezoelektrického jevu. Bratři Pierre a Jacques Curieovi spojili své znalosti pyroelektřiny a porozumění základním krystalovým strukturám, aby dali vzniknout předpovědi pyroelektřiny a předpověděli chování krystalu. To bylo prokázáno působením krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl. Tetrahydrát a křemen vinanu sodného a draselného také vykazovaly piezoelektřinu a ke generování napětí při deformaci byl použit piezoelektrický disk. Tento efekt byl velmi zveličený Curiesovými, aby předpověděl obrácený piezoelektrický efekt. Opačný efekt byl matematicky odvozen ze základních termodynamických principů Gabriel Lippmann v roce 1881.

Curies okamžitě potvrdil existenci opačného efektu a pokračoval v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech. Po desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, dokud se nestala životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila publikací Woldemara Voigta „Lehrbuch der Kristallphysik“ (učebnice krystalové fyziky).

Kost

Piezoelektřina je schopnost určitých materiálů akumulovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Kost je jedním takovým materiálem, který vykazuje tento jev.

Kost je druh biologické hmoty, která se skládá z bílkovin a minerálů, včetně kolagenu, vápníku a fosforu. Je to nejvíce piezoelektrický ze všech biologických materiálů a je schopen generovat napětí, když je vystaven mechanickému namáhání.

Piezoelektrický efekt v kosti je výsledkem její jedinečné struktury. Skládá se ze sítě kolagenových vláken, která jsou uložena v matrici minerálů. Když je kost vystavena mechanickému namáhání, kolagenová vlákna se pohybují, což způsobuje polarizaci minerálů a generování elektrického náboje.

Piezoelektrický jev v kosti má řadu praktických aplikací. Používá se v lékařském zobrazování, jako je ultrazvukové a rentgenové zobrazování, k detekci zlomenin kostí a jiných abnormalit. Používá se také ve sluchadlech pro kostní vedení, která využívají piezoelektrický efekt k přeměně zvukových vln na elektrické signály, které jsou posílány přímo do vnitřního ucha.

Piezoelektrický efekt v kosti se využívá také u ortopedických implantátů, jako jsou umělé klouby a protetické končetiny. Implantáty využívají piezoelektrický jev k přeměně mechanické energie na elektrickou energii, která je následně využívána k napájení zařízení.

Kromě toho se zkoumá piezoelektrický efekt v kosti pro použití při vývoji nových léčebných postupů. Vědci například zkoumají využití piezoelektriky ke stimulaci růstu kostí a opravě poškozené tkáně.

Celkově vzato je piezoelektrický jev v kosti fascinujícím jevem s širokou škálou praktických aplikací. Používá se v různých lékařských a technologických aplikacích a je zkoumáno pro použití při vývoji nových léčebných postupů.

DNA

Piezoelektřina je schopnost určitých materiálů akumulovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. DNA je jedním takovým materiálem, který vykazuje tento efekt. DNA je biologická molekula nacházející se ve všech živých organismech a skládá se ze čtyř nukleotidových bází: adeninu (A), guaninu (G), cytosinu (C) a thyminu (T).

DNA je složitá molekula, která může být použita k vytvoření elektrického náboje, když je vystavena mechanickému namáhání. To je způsobeno skutečností, že molekuly DNA jsou složeny ze dvou řetězců nukleotidů, které jsou drženy pohromadě vodíkovými vazbami. Když jsou tyto vazby přerušeny, vzniká elektrický náboj.

Piezoelektrický efekt DNA byl použit v různých aplikacích, včetně:

• Výroba elektřiny pro lékařské implantáty
• Detekce a měření mechanických sil v buňkách
• Vývoj senzorů v nanoměřítku
• Vytváření biosenzorů pro sekvenování DNA
• Generování ultrazvukových vln pro zobrazování

Piezoelektrický efekt DNA je také zkoumán pro jeho potenciální využití při vývoji nových materiálů, jako jsou nanodrátky a nanotrubice. Tyto materiály by mohly být použity pro různé aplikace, včetně skladování energie a snímání.

Piezoelektrický efekt DNA byl rozsáhle studován a bylo zjištěno, že je vysoce citlivý na mechanické namáhání. Díky tomu je cenným nástrojem pro výzkumníky a inženýry, kteří hledají nové materiály a technologie.

Závěrem lze říci, že DNA je materiál, který vykazuje piezoelektrický efekt, což je schopnost akumulovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Tento efekt byl použit v různých aplikacích, včetně lékařských implantátů, senzorů nanoměřítek a sekvenování DNA. Zkoumá se také jeho potenciální využití při vývoji nových materiálů, jako jsou nanodrátky a nanotrubice.

Proteiny

Piezoelektřina je schopnost určitých materiálů akumulovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Tento efekt vykazují piezoelektrické materiály, jako jsou proteiny, krystaly, keramika a biologická hmota jako kost a DNA. Zvláště proteiny jsou jedinečným piezoelektrickým materiálem, protože se skládají ze složité struktury aminokyselin, které lze deformovat za vzniku elektrického náboje.

Proteiny jsou nejrozšířenějším typem piezoelektrického materiálu a nacházejí se v různých formách. Lze je nalézt ve formě enzymů, hormonů a protilátek, stejně jako ve formě strukturálních proteinů, jako je kolagen a keratin. Proteiny se také nacházejí ve formě svalových bílkovin, které jsou zodpovědné za svalovou kontrakci a relaxaci.

Piezoelektrický efekt proteinů je způsoben tím, že jsou složeny ze složité struktury aminokyselin. Když jsou tyto aminokyseliny deformovány, generují elektrický náboj. Tento elektrický náboj pak může být použit k napájení různých zařízení, jako jsou senzory a akční členy.

Proteiny se také používají v různých lékařských aplikacích. Používají se například k detekci přítomnosti určitých proteinů v těle, které lze využít k diagnostice nemocí. Používají se také k detekci přítomnosti určitých bakterií a virů, které lze použít k diagnostice infekcí.

Proteiny se také používají v různých průmyslových aplikacích. Používají se například k vytváření senzorů a akčních členů pro různé průmyslové procesy. Používají se také k vytváření materiálů, které lze použít při konstrukci letadel a jiných vozidel.

Závěrem lze říci, že proteiny jsou jedinečný piezoelektrický materiál, který lze použít v různých aplikacích. Jsou složeny ze složité struktury aminokyselin, které mohou být deformovány za vzniku elektrického náboje, a používají se v různých lékařských a průmyslových aplikacích.

Sběr energie s piezoelektřinou

V této části budu diskutovat o tom, jak lze piezoelektřinu využít ke sběru energie. Podívám se na různé aplikace piezoelektriky, od piezoelektrického inkoustového tisku po generátory hodin a mikrováhy. Budu také zkoumat historii piezoelektriky, od jejího objevu Pierrem Curiem až po její použití ve druhé světové válce. Nakonec budu diskutovat o současném stavu piezoelektrického průmyslu a potenciálu dalšího růstu.

Piezoelektrický inkoustový tisk

Piezoelektřina je schopnost určitých materiálů generovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Slovo „piezoelektřina“ je odvozeno z řeckých slov „piezein“ (stlačit nebo stisknout) a „elektron“ (jantar), starověký zdroj elektrického náboje. Piezoelektrické materiály, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA, se používají v různých aplikacích.

Piezoelektřina se používá k výrobě vysokonapěťové elektřiny, jako generátor hodin, v elektronických zařízeních a v mikrovahách. Používá se také k pohonu ultrazvukových trysek a optických sestav s ultrajemným zaostřováním. Piezoelektrický inkoustový tisk je oblíbenou aplikací této technologie. Jedná se o typ tisku, který využívá piezoelektrické krystaly ke generování vysokofrekvenčních vibrací, které se používají k vystřikování kapiček inkoustu na stránku.

Objev piezoelektriky se datuje do roku 1880, kdy tento efekt objevili francouzští fyzici Jacques a Pierre Curie. Od té doby byl piezoelektrický efekt využíván pro různé užitečné aplikace. Piezoelektřina se používá v každodenních předmětech, jako jsou plynová varná a topná zařízení, svítilny, zapalovače cigaret a snímače v elektronicky zesílených kytarách a spouště v moderních elektronických bicích.

Piezoelektřina se také používá ve vědeckém výzkumu. Je základem pro skenovací sondové mikroskopy, které se používají k rozlišení obrázků na stupnici atomů. Používá se také v ultrazvukových reflektometrech v časové oblasti, které vysílají ultrazvukové impulsy do materiálu a měří odrazy, aby detekovaly nespojitosti a nacházely vady uvnitř litých kovových a kamenných předmětů.

Vývoj piezoelektrických zařízení a materiálů byl řízen potřebou lepšího výkonu a snadnějších výrobních procesů. Ve Spojených státech byl vývoj křemenných krystalů pro komerční použití hlavním faktorem růstu piezoelektrického průmyslu. Naproti tomu japonští výrobci byli schopni rychle sdílet informace a vyvíjet nové aplikace, což vedlo k rychlému růstu japonského trhu.

Piezoelektřina způsobila revoluci ve způsobu, jakým využíváme energii, od každodenních předmětů, jako jsou zapalovače, až po pokročilý vědecký výzkum. Je to všestranná technologie, která nám umožnila zkoumat a vyvíjet nové materiály a aplikace, a bude i nadále důležitou součástí našich životů v nadcházejících letech.

Výroba elektřiny vysokého napětí

Piezoelektřina je schopnost určitých pevných materiálů akumulovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Slovo „piezoelektřina“ je odvozeno z řeckých slov „piezein“, což znamená „stlačit“ nebo „lisovat“, a „ēlektron“ znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje. Piezoelektřina je lineární elektromechanická interakce mezi mechanickými a elektrickými stavy v krystalických materiálech s inverzní symetrií.

Piezoelektrický jev je vratný proces; materiály vykazující piezoelektřinu také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Například krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého generují měřitelnou piezoelektřinu, když je jejich statická struktura deformována z původního rozměru. Krystaly mohou naopak změnit svůj statický rozměr, když je aplikováno vnější elektrické pole, což je jev známý jako inverzní piezoelektrický jev, který se používá při výrobě ultrazvukových vln.

Piezoelektrický jev se používá v různých aplikacích, včetně výroby vysokonapěťové elektřiny. Piezoelektrické materiály se používají při výrobě a detekci zvuku, v piezoelektrickém inkoustovém tisku, v generátorech hodin, v elektronických zařízeních, v mikrováhách, v hnacích ultrazvukových tryskách a v optických sestavách s ultrajemným zaostřováním.

Piezoelektřina se také používá v každodenních aplikacích, jako je generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, v svítilnách, zapalovačích cigaret a materiálech s pyroelektrickým efektem, které generují elektrický potenciál v reakci na změnu teploty. Tento efekt studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. století, přičemž čerpali ze znalostí René Haüye a Antoina Césara Becquerela, kteří navrhli vztah mezi mechanickým napětím a elektrickým nábojem, ačkoli jejich experimenty se ukázaly neprůkazné.

Kombinovaná znalost pyroelektřiny a pochopení základních krystalových struktur dala vzniknout predikci pyroelektřiny a schopnosti předpovídat chování krystalu. To bylo prokázáno působením krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a křemen také vykazovaly piezoelektřinu a ke generování napětí při deformaci byl použit piezoelektrický disk. To bylo značně přehnané v Curiesově demonstraci přímého piezoelektrického jevu.

Bratři Pierre a Jacques Curieovi pokračovali v získání kvantitativního důkazu úplné vratnosti elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech. Po desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, ale byla životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila v publikaci Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta, která popsala třídy přírodních krystalů schopné piezoelektriky a důsledně definovala piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy.

Praktická aplikace piezoelektrických zařízení začala s vývojem sonaru během XNUMX. světové války. Ve Francii Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek. Detektor se skládal z převodníku vyrobeného z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům a hydrofonu pro detekci vrácené ozvěny. Vysláním vysokofrekvenčního pulsu z převodníku a měřením času, který zabere slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, byli schopni vypočítat vzdálenost objektu. Použili piezoelektriku, aby byl sonar úspěšný, a projekt vytvořil intenzivní vývoj a zájem o piezoelektrická zařízení během následujících desetiletí.

Byly zkoumány a vyvinuty nové piezoelektrické materiály a nové aplikace pro tyto materiály. Piezoelektrická zařízení našla své domovy v různých oblastech, jako jsou keramické fonografické kazety, které zjednodušily design přehrávače a vytvořily levnější, přesnější gramofony, které byly levnější na údržbu a snazší na stavbu. Vývoj ultrazvukových měničů umožnil snadné měření viskozity a elasticity kapalin a pevných látek, což vedlo k obrovskému pokroku ve výzkumu materiálů. Ultrazvukové reflektometry v časové oblasti vysílají ultrazvukový impuls do materiálu a měří odrazy a diskontinuity, aby nalezly vady uvnitř litých kovových a kamenných předmětů, čímž zlepšují konstrukční bezpečnost.

Během druhé světové války nezávislé výzkumné skupiny ve Spojených státech, Rusku a Japonsku objevily novou třídu syntetických materiálů zvanou fer

Generátor hodin

Piezoelektřina je schopnost určitých materiálů akumulovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Tento jev byl využit k vytvoření řady užitečných aplikací, včetně generátorů hodin. Generátory hodin jsou zařízení, která využívají piezoelektřinu ke generování elektrických signálů s přesným časováním.

Generátory hodin se používají v různých aplikacích, jako jsou počítače, telekomunikace a automobilové systémy. Používají se také v lékařských zařízeních, jako jsou kardiostimulátory, k zajištění přesného načasování elektrických signálů. Generátory hodin se také používají v průmyslové automatizaci a robotice, kde je přesné načasování zásadní.

Piezoelektrický jev je založen na lineární elektromechanické interakci mezi mechanickými a elektrickými stavy v krystalických materiálech s inverzní symetrií. Tento efekt je reverzibilní, což znamená, že materiály vykazující piezoelektřinu mohou také vytvářet mechanické napětí, když je aplikováno elektrické pole. Toto je známé jako inverzní piezoelektrický efekt a používá se k produkci ultrazvukových vln.

Hodinové generátory využívají tento inverzní piezoelektrický efekt ke generování elektrických signálů s přesným časováním. Piezoelektrický materiál je deformován elektrickým polem, které způsobuje jeho vibrace na určité frekvenci. Tyto vibrace jsou poté převedeny na elektrický signál, který se používá ke generování přesného časovacího signálu.

Generátory hodin se používají v různých aplikacích, od lékařských zařízení po průmyslovou automatizaci. Jsou spolehlivé, přesné a snadno se používají, což z nich dělá oblíbenou volbu pro mnoho aplikací. Piezoelektřina je důležitou součástí moderní technologie a hodinové generátory jsou jen jednou z mnoha aplikací tohoto jevu.

Elektronická zařízení

Piezoelektřina je schopnost určitých pevných materiálů akumulovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Tento jev, známý jako piezoelektrický efekt, se používá v různých elektronických zařízeních, od snímačů v elektronicky zesílených kytarách až po spouštěče v moderních elektronických bicích.

Piezoelektřina je odvozena z řeckých slov πιέζειν (piezein), což znamená „stisknout“ nebo „stisknout“ a ἤλεκτρον (ēlektron), což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje. Piezoelektrické materiály jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako jsou kostní a DNA proteiny, které vykazují piezoelektrický efekt.

Piezoelektrický jev je lineární elektromechanická interakce mezi mechanickými a elektrickými stavy v krystalických materiálech s inverzní symetrií. Jedná se o reverzibilní proces, což znamená, že materiály vykazující piezoelektrický efekt také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Například krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého generují měřitelnou piezoelektřinu, když je jejich statická struktura deformována z původního rozměru. Krystaly mohou naopak změnit svůj statický rozměr, když je aplikováno vnější elektrické pole, což je jev známý jako inverzní piezoelektrický jev, který se používá při výrobě ultrazvukových vln.

Objev piezoelektriky je připisován francouzským fyzikům Pierreovi a Jacquesovi Curieovým, kteří prokázali přímý piezoelektrický jev v roce 1880. Jejich kombinovaná znalost pyroelektřiny a porozumění základní krystalové struktuře dala vzniknout předpovědi pyroelektrického jevu a schopnosti předpovídat chování krystalů bylo prokázáno působením krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelleova sůl.

Piezoelektřina se používá v různých každodenních aplikacích, jako je generování jisker k zapálení plynu ve varných a ohřívacích zařízeních, svítilnách, zapalovačích cigaret a materiálech s pyroelektrickým efektem, které generují elektrický potenciál v reakci na změnu teploty. Toto studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. století, přičemž čerpali ze znalostí René Haüye a Antoina Césara Becquerela, kteří navrhli vztah mezi mechanickým napětím a elektrickým nábojem. Experimenty se však ukázaly jako neprůkazné, dokud pohled na piezokrystal v muzeu kompenzátorů Curie ve Skotsku neprokázal přímý piezoelektrický efekt bratří Curieových.

Piezoelektřina se používá v různých elektronických zařízeních, od snímačů v elektronicky zesílených kytarách až po spouštěče v moderních elektronických bicích. Používá se také při výrobě a detekci zvuku, piezoelektrickém inkoustovém tisku, výrobě vysokonapěťové elektřiny, generátorech hodin, mikrováhách, poháněcích ultrazvukových tryskách a optických sestavách s ultrajemným zaostřováním. Piezoelektřina je také základem pro skenovací sondové mikroskopy, které se používají k rozlišení obrázků v měřítku atomů.

Mikrobiologie

Piezoelektřina je schopnost určitých pevných materiálů akumulovat elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Piezoelektřina je odvozena z řeckých slov πιέζειν (piezein), což znamená „stisknout“ nebo „stisknout“, a ἤλεκτρον (ēlektron), což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektřina se používá v různých každodenních aplikacích, jako je generování jisker k zapálení plynu pro vaření a ohřívací zařízení, svítilny, zapalovače cigaret a další. Používá se také při výrobě a detekci zvuku a při piezoelektrickém inkoustovém tisku.

Piezoelektřina se také používá k výrobě vysokonapěťové elektřiny a je základem generátorů hodin a elektronických zařízení, jako jsou mikrováhy. Piezoelektřina se také používá k pohonu ultrazvukových trysek a optických sestav s ultrajemným zaostřováním.

Objev piezoelektřiny je připisován francouzským fyzikům Jacquesovi a Pierru Curieovým v roce 1880. Bratři Curieovi spojili své znalosti pyroelektřiny a pochopení základních krystalových struktur, aby dali vzniknout konceptu piezoelektriky. Byli schopni předpovědět chování krystalů a prokázali účinek v krystalech, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelleova sůl.

Piezoelektrický jev byl využíván pro užitečné aplikace, včetně produkce a detekce zvuku. Vývoj sonaru během první světové války byl velkým průlomem v použití piezoelektriky. Po druhé světové válce objevily nezávislé výzkumné skupiny ve Spojených státech, Rusku a Japonsku novou třídu syntetických materiálů zvanou feroelektrika, která vykazovala piezoelektrické konstanty až desetkrát vyšší než přírodní materiály.

To vedlo k intenzivnímu výzkumu a vývoji materiálů na bázi titaničitanu barnatého a později zirkoničitanu olovnatého, které měly specifické vlastnosti pro konkrétní aplikace. Významný příklad použití piezoelektrických krystalů byl vyvinut v Bell Telephone Laboratories po druhé světové válce.

Frederick R. Lack, pracující v oddělení radiotelefonie, vyvinul broušený krystal, který fungoval v širokém rozsahu teplot. Lackův krystal nepotřeboval těžké příslušenství předchozích krystalů, což usnadnilo jeho použití v letadlech. Tento vývoj umožnil spojeneckým vzdušným silám zapojit se do koordinovaných hromadných útoků pomocí leteckého rádia.

Vývoj piezoelektrických zařízení a materiálů ve Spojených státech udržoval několik společností v podnikání a vývoj křemenných krystalů byl komerčně využíván. Piezoelektrické materiály se od té doby používají v různých aplikacích, včetně lékařského zobrazování, ultrazvukového čištění a dalších.

Hnací ultrazvuková tryska

Piezoelektřina je elektrický náboj, který se hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Je to reakce na aplikované mechanické namáhání a je odvozeno z řeckých slov „piezein“, což znamená „stisknout“ nebo „stisknout“, a „elektron“, což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrický jev je lineární elektromechanická interakce mezi mechanickým a elektrickým stavem krystalických materiálů s inverzní symetrií. Je to reverzibilní proces, což znamená, že materiály vykazující piezoelektrický efekt také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Příkladem toho jsou krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého, které generují měřitelnou piezoelektřinu, když se jejich statická struktura deformuje z původního rozměru. Naopak, když je aplikováno vnější elektrické pole, krystaly mění svůj statický rozměr, což má za následek inverzní piezoelektrický jev, což je produkce ultrazvukových vln.

Francouzští fyzici Jacques a Pierre Curie objevili piezoelektřinu v roce 1880 a od té doby byla využívána pro řadu užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku. Piezoelektřina také nachází každodenní použití, jako je generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, svítilnách, zapalovačích cigaret a dalších.

Pyroelektrický efekt, což je materiál generující elektrický potenciál v reakci na změnu teploty, studovali Carl Linnaeus, Franz Aepinus a v polovině 18. století čerpali poznatky od René Haüye a Antoina Césara Becquerela, kteří navrhli vztah mezi mechanickým namáháním a elektrický náboj. Experimenty, které to měly dokázat, byly neprůkazné.

Pohled na piezokrystal v kompenzátoru Curie v Hunterian Museum ve Skotsku je ukázkou přímého piezoelektrického jevu bratří Pierra a Jacquese Curieových. Kombinace jejich znalostí pyroelektřiny a pochopení základních krystalových struktur vedlo k předpovědi pyroelektřiny a umožnilo jim předpovídat chování krystalu. To bylo prokázáno působením krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelleova sůl. Tetrahydrát a křemen vinanu sodného a draselného také vykazovaly piezoelektřinu a ke generování napětí při deformaci byl použit piezoelektrický disk. To bylo velmi zveličeno Curieovými, aby předpověděli obrácený piezoelektrický jev, který byl matematicky odvozen ze základních termodynamických principů Gabrielem Lippmannem v roce 1881.

Curies okamžitě potvrdil existenci opačného efektu a pokračoval v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech. Po celá desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, ale byla zásadním nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marie Curie v jejich práci na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu. To vyvrcholilo publikací Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta, která popsala třídy přírodních krystalů schopné piezoelektriky a důsledně definovala piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy.

Praktická aplikace piezoelektrických zařízení začala sonarem, který byl vyvinut během XNUMX. světové války. Ve Francii Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek. Detektor se skládal z měniče vyrobeného z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům, zvaným hydrofon, pro detekci vrácené ozvěny po vyslání vysokofrekvenčního pulzu. Měřením času, který zabere slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, mohli vypočítat vzdálenost objektu. Toto použití piezoelektriky v sonaru bylo úspěšné a projekt vytvořil intenzivní vývoj a zájem o piezoelektrická zařízení po celá desetiletí.

Byly prozkoumány a vyvinuty nové piezoelektrické materiály a nové aplikace pro tyto materiály a piezoelektrická zařízení našla své místo v oblastech, jako jsou keramické fonografové kazety, které zjednodušily konstrukci přehrávače a vytvořily levnější, přesnější gramofony, které byly levnější na údržbu a snazší na stavbu. . Vývoj ultrazvukových měničů umožnil snadné měření viskozity a elasticity kapalin a pevných látek, což vedlo k obrovskému pokroku ve výzkumu materiálů. Ultrazvukové reflektometry v časové oblasti vysílají ultrazvukový puls skrz materiál a měří odrazy a diskontinuity, aby našly vady uvnitř litých kovových a kamenných předmětů.

Optické sestavy s ultrajemným zaostřováním

Piezoelektřina je schopnost určitých materiálů akumulovat elektrický náboj, když jsou vystaveny mechanickému namáhání. Jde o lineární elektromechanickou interakci mezi elektrickými a mechanickými stavy krystalických materiálů s inverzní symetrií. Piezoelektřina je reverzibilní proces, což znamená, že materiály vykazující piezoelektřinu také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole.

Piezoelektřina se používá v různých aplikacích, včetně produkce a detekce zvuku a výroby elektřiny vysokého napětí. Piezoelektřina se také používá v inkoustovém tisku, generátorech hodin, elektronických zařízeních, mikrováhách, hnacích ultrazvukových tryskách a optických sestavách s ultrajemným zaostřováním.

Piezoelektřinu objevili v roce 1880 francouzští fyzikové Jacques a Pierre Curie. Piezoelektrický jev se využívá v užitečných aplikacích, jako je produkce a detekce zvuku a výroba elektřiny vysokého napětí. Používá se také piezoelektrický inkoustový tisk, stejně jako generátory hodin, elektronická zařízení, mikrováhy, poháněcí ultrazvukové trysky a optické sestavy s ultrajemným zaostřováním.

Piezoelektřina si našla cestu do každodenního použití, jako je generování jisker k zapálení plynu pro vaření a ohřívací zařízení, svítilny, zapalovače cigaret a materiály s pyroelektrickým efektem, které generují elektrický potenciál v reakci na změnu teploty. Tento efekt studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. století, přičemž čerpali ze znalostí René Haüye a Antoina Césara Becquerela, kteří navrhli vztah mezi mechanickým napětím a elektrickým nábojem. Experimenty se ukázaly jako neprůkazné.

Pohled na piezokrystal v kompenzátoru Curie v Hunterian Museum ve Skotsku je ukázkou přímého piezoelektrického jevu bratří Pierra a Jacquese Curieových. V kombinaci se svými znalostmi o pyroelektřice a porozuměním krystalovým strukturám, které jsou pod nimi, dali vzniknout předpovědi pyroelektřiny a schopnosti předpovídat chování krystalu. To bylo prokázáno na účinku krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl.

Tetrahydrát vínanu sodného a draselného, ​​křemen a Rochelleova sůl vykazovaly piezoelektriku a ke generování napětí při deformaci byl použit piezoelektrický disk, ačkoli změna tvaru byla značně přehnaná. Curieovi předpověděli obrácený piezoelektrický jev a opačný jev byl matematicky odvozen ze základních termodynamických principů Gabrielem Lippmannem v roce 1881. Curieovi okamžitě potvrdili existenci opačného jevu a pokračovali v získávání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektro- elastomechanické deformace v piezoelektrických krystalech.

Po desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, dokud se nestala životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila v publikaci Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta. To popsalo třídy přirozených krystalů schopné piezoelektriky a důsledně definovalo piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy pro praktickou aplikaci piezoelektrických zařízení.

Vývoj sonaru byl úspěšný projekt, který vyvolal intenzivní vývoj a zájem o piezoelektrická zařízení. O desetiletí později byly prozkoumány a vyvinuty nové piezoelektrické materiály a nové aplikace pro tyto materiály. Piezoelektrická zařízení našla své domovy v různých oblastech, jako jsou keramické kazety do gramofonu, které zjednodušily design přehrávačů a zlevnily gramofony a snáze se udržovaly a stavěly. Vývoj ultrazvukových měničů umožnil snadné měření viskozity a elasticity kapalin a pevných látek, což vedlo k obrovskému pokroku ve výzkumu materiálů. Ultrazvukové reflektometry v časové oblasti vysílají ultrazvukový impuls do materiálu a měří odrazy a diskontinuity, aby nalezly vady uvnitř litých kovových a kamenných předmětů, čímž zlepšují konstrukční bezpečnost.

Počátky oblasti piezoelektrických zájmů byly zajištěny ziskovými patenty nových materiálů vyvinutých z křemenných krystalů, které byly komerčně využívány jako piezoelektrický materiál. Vědci hledali materiály s vyšším výkonem a navzdory pokroku v materiálech a zrání výrobních procesů trh Spojených států rychle nerostl. Naproti tomu japonští výrobci sdíleli informace rychle a nové aplikace pro růst v piezoelektrickém průmyslu ve Spojených státech utrpěly na rozdíl od japonských výrobců.

Piezoelektrické motory

V této části budu mluvit o tom, jak se piezoelektřina používá v moderní technologii. Piezoelektřina se stala nedílnou součástí mnoha zařízení, od skenovacích sondových mikroskopů, které dokážou rozlišit obrazy v měřítku atomů, až po snímače pro elektronicky zesílené kytary a spouštěče pro moderní elektronické bicí. Prozkoumám historii piezoelektřiny a to, jak byla použita v různých aplikacích.

Formy základ rastrovacích sondových mikroskopů

Piezoelektřina je elektrický náboj, který se hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Je to reakce na aplikované mechanické namáhání a slovo piezoelektřina pochází z řeckého slova πιέζειν (piezein) znamenajícího „stisknout“ nebo „stisknout“ a ἤλεκτρον (ēlektron), což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrické motory jsou zařízení, která využívají piezoelektrický jev k generování pohybu. Tento efekt je lineární elektromechanickou interakcí mezi mechanickými a elektrickými stavy v krystalických materiálech s inverzní symetrií. Jedná se o reverzibilní proces, což znamená, že materiály vykazující piezoelektrický efekt také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Příklady materiálů, které generují měřitelnou piezoelektřinu, jsou krystaly zirkoničitanu titaničitého.

Piezoelektrický efekt se využívá v užitečných aplikacích, jako je produkce a detekce zvuku, piezoelektrický inkoustový tisk, generování vysokonapěťové elektřiny, generátory hodin a elektronická zařízení, jako jsou mikrováhy a pohon ultrazvukových trysek pro optické sestavy s ultrajemným zaostřováním. Tvoří také základ rastrovacích sondových mikroskopů, které se používají k rozlišení obrázků v měřítku atomů.

Piezoelektřinu objevili v roce 1880 francouzští fyzikové Jacques a Pierre Curie. Pohled na piezokrystal a kompenzátor Curie je k vidění v Hunterian Museum ve Skotsku, což je ukázka přímého piezoelektrického jevu bratří Pierra a Jacquese Curieových.

Kombinace jejich znalostí pyroelektřiny a jejich porozumění základním krystalovým strukturám vedlo k předpovědi pyroelektřiny, která jim umožnila předpovídat chování krystalu. To bylo prokázáno působením krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl. Tetrahydrát vínanu sodného a draselného, ​​křemen a Rochellova sůl vykazovaly piezoelektřinu a ke generování napětí při deformaci byl použit piezoelektrický disk, ačkoli to Curieovi značně přeháněli.

Předpověděli také obrácený piezoelektrický jev, což bylo matematicky odvozeno ze základních termodynamických principů Gabrielem Lippmannem v roce 1881. Curieovi okamžitě potvrdili existenci obráceného jevu a pokračovali v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektroelasto- mechanické deformace v piezoelektrických krystalech.

Po desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, dokud se nestala životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila v publikaci Lehrbuch der Kristallphysik (Učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta, která popsala třídy přírodních krystalů schopné piezoelektriky a důsledně definovala piezoelektrické konstanty a tenzorovou analýzu.

To vedlo k praktickému použití piezoelektrických zařízení, jako je sonar, který byl vyvinut během XNUMX. světové války. Ve Francii Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek. Tento detektor sestával z převodníku vyrobeného z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům a hydrofonu pro detekci vrácené ozvěny po vyslání vysokofrekvenčního impulsu z převodníku. Měřením času, který zabere slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, byli schopni vypočítat vzdálenost objektu. Použili piezoelektřinu, aby byl tento sonar úspěšný, a projekt vytvořil intenzivní vývoj a zájem o piezoelektrická zařízení po celá desetiletí.

Byly prozkoumány a vyvinuty nové piezoelektrické materiály a nové aplikace pro tyto materiály a piezoelektrická zařízení našla domov v mnoha oblastech, jako jsou keramické kazety do gramofonu, které zjednodušily konstrukci přehrávače a vytvořily levnější a přesnější gramofony, které byly levnější na údržbu a snazší. postavit. Vývoj ultrazvukových měničů umožnil snadné měření viskozity a elasticity kapalin a pevných látek, což vedlo k obrovskému pokroku ve výzkumu materiálů. Ultrazvukové reflektometry v časové oblasti vysílají ultrazvukový impuls do materiálu a měří odrazy a diskontinuity, aby nalezly vady uvnitř litých kovových a kamenných předmětů, čímž zlepšují konstrukční bezpečnost.

Během druhé světové války, nezávislé výzkumné skupiny ve Spojených státech

Rozlišujte obrázky v měřítku atomů

Piezoelektřina je elektrický náboj, který se hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Je to reakce na aplikované mechanické namáhání a je odvozeno z řeckého slova „piezein“, což znamená mačkat nebo lisovat. Piezoelektrický jev je výsledkem lineární elektromechanické interakce mezi mechanickým a elektrickým stavem v krystalických materiálech s inverzní symetrií.

Piezoelektřina je reverzibilní proces a materiály vykazující piezoelektrický efekt také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Příklady tohoto zahrnují krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého, které generují měřitelnou piezoelektřinu, když se jejich statická struktura deformuje z původního rozměru. Krystaly naopak mění svůj statický rozměr, když je aplikováno vnější elektrické pole, což je známé jako inverzní piezoelektrický jev a používá se při výrobě ultrazvukových vln.

Francouzští fyzikové Jacques a Pierre Curie objevili piezoelektřinu v roce 1880. Piezoelektrický jev byl využíván pro řadu užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrického inkoustového tisku, výroby elektřiny vysokého napětí, generátorů hodin a elektronických zařízení jako mikrováhy a pohon ultrazvukových trysek. Tvoří také základ rastrovacích sondových mikroskopů, které se používají k rozlišení obrázků v měřítku atomů.

Piezoelektřina se také používá v každodenních aplikacích, jako je generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, svítilnách, zapalovačích cigaret a dalších. Pyroelektrický efekt, což je materiál, který vytváří elektrický potenciál v reakci na změnu teploty, studovali Carl Linné a Franz Aepinus v polovině 18. století. Na základě znalostí René Haüye a Antoina Césara Becquerela navrhli vztah mezi mechanickým napětím a elektrickým nábojem, ale jejich experimenty se ukázaly jako neprůkazné.

Návštěvníci Hunterian Museum v Glasgow si mohou prohlédnout piezokrystalový kompenzátor Curie, ukázku přímého piezoelektrického jevu bratří Pierra a Jacquese Curieových. V kombinaci se svými znalostmi o pyroelektřice a porozuměním krystalovým strukturám, které jsou pod nimi, dali vzniknout předpovědi pyroelektřiny a schopnosti předpovídat chování krystalu. To bylo prokázáno působením krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl. Tetrahydrát vínanu sodného a draselného, ​​křemen a Rochelleova sůl vykazovaly piezoelektřinu a piezoelektrický disk generuje při deformaci napětí, i když změna tvaru je značně přehnaná. Curieovi byli schopni předpovědět obrácený piezoelektrický efekt a opačný efekt byl matematicky odvozen ze základních termodynamických principů Gabrielem Lippmannem v roce 1881.

Curies okamžitě potvrdil existenci opačného efektu a pokračoval v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech. Po desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, ale byla životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na zkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila publikací Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta.

Snímače kytar s elektronickým zesilovačem

Piezoelektrické motory jsou elektrické motory, které využívají piezoelektrický jev k přeměně elektrické energie na mechanickou energii. Piezoelektrický jev je schopnost určitých materiálů generovat elektrický náboj, když jsou vystaveny mechanickému namáhání. Piezoelektrické motory se používají v různých aplikacích, od napájení malých zařízení, jako jsou hodinky a hodiny, až po napájení větších strojů, jako jsou roboti a lékařská zařízení.

Piezoelektrické motory se používají ve snímačích elektronicky zesílených kytar. Tyto snímače využívají piezoelektrický efekt k převodu vibrací kytarových strun na elektrický signál. Tento signál je poté zesílen a odeslán do zesilovače, který produkuje zvuk kytary. Piezoelektrické snímače se používají i v moderních elektronických bubnech, kde se používají k detekci vibrací hlav bubnů a jejich převodu na elektrický signál.

Piezoelektrické motory se také používají ve skenovacích sondových mikroskopech, které využívají piezoelektrický efekt k pohybu malé sondy po povrchu. To umožňuje mikroskopu rozlišovat obrazy v měřítku atomů. Piezoelektrické motory se také používají v inkoustových tiskárnách, kde se používají k pohybu tiskové hlavy tam a zpět po stránce.

Piezoelektrické motory se používají v řadě dalších aplikací, včetně lékařských zařízení, automobilových součástek a spotřební elektroniky. Používají se také v průmyslových aplikacích, např. při výrobě přesných dílů a při montáži složitých součástí. Piezoelektrický jev se využívá také při výrobě ultrazvukových vln, které se používají v lékařském zobrazování a při detekci vad v materiálech.

Celkově se piezoelektrické motory používají v široké škále aplikací, od napájení malých zařízení až po napájení větších strojů. Používají se ve snímačích elektronicky zesílených kytar, moderních elektronických bicích, skenovacích sondových mikroskopech, inkoustových tiskárnách, lékařských zařízeních, automobilových součástkách a spotřební elektronice. Piezoelektrický jev se také využívá při výrobě ultrazvukových vln a při detekci vad v materiálech.

Spouští moderní elektronické bicí

Piezoelektřina je elektrický náboj, který se hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Je to odezva těchto materiálů na aplikované mechanické namáhání. Slovo piezoelektřina je odvozeno z řeckého slova „piezein“, což znamená „stisknout nebo stisknout“, a slova „elektron“, což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrické motory jsou zařízení, která využívají piezoelektrický jev k generování pohybu. Tento efekt vyplývá z lineární elektromechanické interakce mezi mechanickým a elektrickým stavem krystalických materiálů s inverzní symetrií. Je to reverzibilní proces, což znamená, že materiály vykazující piezoelektrický efekt také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Příkladem toho jsou krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého, které generují měřitelnou piezoelektřinu, když se jejich statická struktura deformuje z původního rozměru. Naopak, když je aplikováno vnější elektrické pole, krystaly mění svůj statický rozměr a vytvářejí ultrazvukové vlny.

Piezoelektrické motory se používají v různých každodenních aplikacích, jako jsou:

• Generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních
• Svítilny, zapalovače cigaret a materiály s pyroelektrickým efektem
• Generování elektrického potenciálu v reakci na změnu teploty
• Produkce a detekce zvuku
• Piezoelektrický inkoustový tisk
• Výroba elektrické energie vysokého napětí
• Generátor hodin a elektronická zařízení
• Mikrováhy
• Pohánějte ultrazvukové trysky a optické sestavy s ultrajemným zaostřováním
• Tvoří základ rastrovacích sondových mikroskopů
• Rozlišujte obrázky v měřítku atomů
• Snímače kytar s elektronickým zesilovačem
• Spouští moderní elektronické bicí.

Elektromechanické modelování piezoelektrických měničů

V této části se budu zabývat elektromechanickým modelováním piezoelektrických měničů. Podívám se na historii objevu piezoelektriky, na experimenty, které prokázaly její existenci, a na vývoj piezoelektrických zařízení a materiálů. Budu také diskutovat o příspěvcích francouzských fyziků Pierra a Jacquese Curieových, Carla Linnaea a Franze Aepinuse, Rene Hauye a Antoina Cesara Becquerela, Gabriela Lippmanna a Woldemara Voigta.

Francouzští fyzikové Pierre a Jacques Curieovi

Piezoelektřina je elektromechanický jev, kdy se elektrický náboj hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Tento náboj vzniká v reakci na aplikované mechanické namáhání. Slovo „piezoelektřina“ je odvozeno z řeckého slova „piezein“, což znamená „stlačit nebo stisknout“, a „elektron“, což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrický jev je výsledkem lineární elektromechanické interakce mezi mechanickými a elektrickými stavy v materiálech s inverzní symetrií. Tento efekt je reverzibilní, což znamená, že materiály vykazující piezoelektrický efekt také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, kde dochází k vnitřnímu generování mechanického napětí v reakci na aplikované elektrické pole. Například krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého generují měřitelnou piezoelektřinu, když je jejich statická struktura deformována z původního rozměru. Naopak, když je aplikováno vnější elektrické pole, krystaly mění svůj statický rozměr a vytvářejí ultrazvukové vlny v procesu známém jako inverzní piezoelektrický efekt.

V roce 1880 objevili francouzští fyzici Pierre a Jacques Curie piezoelektrický jev a od té doby byl využíván pro řadu užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrického inkoustového tisku, výroby vysokonapěťové elektřiny, hodinových generátorů a elektronických zařízení. zařízení, jako jsou mikrováhy a poháněcí ultrazvukové trysky pro optické sestavy s ultrajemným zaostřováním. Tvoří také základ pro skenovací sondové mikroskopy, které dokážou rozlišit obrazy v měřítku atomů. Piezoelektřina se také používá ve snímačích pro elektronicky zesílené kytary a spouštěcích mechanismech pro moderní elektronické bicí.

Piezoelektřina také nachází každodenní použití, jako je generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, svítilnách, zapalovačích cigaret a dalších. Pyroelektrický efekt, kdy materiál generuje elektrický potenciál v reakci na změnu teploty, studovali Carl Linné a Franz Aepinus v polovině 18. století na základě znalostí René Hauye a Antoina Césara Becquerela, kteří navrhli vztah mechanické namáhání a elektrický náboj, ačkoli jejich experimenty se ukázaly neprůkazné.

Kombinací svých znalostí pyroelektřiny s pochopením základních krystalových struktur byli Curieovi schopni předpovědět pyroelektřinu a předpovědět chování krystalů. To bylo prokázáno na účinku krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a křemen také vykazovaly piezoelektřinu. Piezoelektrický disk generuje při deformaci napětí, i když to je v Curiesově demonstraci značně přehnané. Byli také schopni předpovědět obrácený piezoelektrický jev a matematicky jej odvodit ze základních termodynamických principů Gabriela Lippmanna v roce 1881.

Curies okamžitě potvrdil existenci opačného efektu a pokračoval v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech. V následujících desetiletích zůstala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, dokud se nestala životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila publikací Woldemara Voigta „Lehrbuch der Kristallphysik“ (učebnice krystalové fyziky).

Experimenty se ukázaly jako neprůkazné

Piezoelektřina je elektromechanický jev, při kterém se elektrický náboj hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Je to reakce na aplikované mechanické namáhání a slovo „piezoelektřina“ je odvozeno z řeckých slov „piezein“, což znamená „stlačit nebo stisknout“, a „ēlektron“, což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrický jev je výsledkem lineární elektromechanické interakce mezi mechanickým a elektrickým stavem krystalických materiálů s inverzní symetrií. Je to reverzibilní proces; materiály vykazující piezoelektrický jev také vykazují reverzní piezoelektrický jev, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Například krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého generují měřitelnou piezoelektřinu, když je jejich statická struktura deformována z původního rozměru. Krystaly mohou naopak změnit svůj statický rozměr, když je aplikováno vnější elektrické pole, známé jako inverzní piezoelektrický jev, který se používá při výrobě ultrazvukových vln.

Francouzští fyzici Pierre a Jacques Curie objevili piezoelektřinu v roce 1880. Od té doby byla využívána pro řadu užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrického inkoustového tisku, výroby elektrické energie vysokého napětí, generátorů hodin a elektronických zařízení, jako jsou mikrováhy. , hnací ultrazvukové trysky a optické sestavy s ultrajemným zaostřováním. Tvoří také základ rastrovacích sondových mikroskopů, které dokážou rozlišit obrazy v měřítku atomů. Piezoelektřina se také používá ve snímačích pro elektronicky zesílené kytary a spouští pro moderní elektronické bicí.

Piezoelektřina nachází každodenní využití při generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, svítilnách, zapalovačích cigaret a dalších. Pyroelektrický jev, při kterém materiál generuje elektrický potenciál v reakci na změnu teploty, studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. století na základě znalostí René Hauye a Antoina Césara Becquerela, kteří navrhli vztah mezi mechanickým namáháním a elektrickým nábojem. Experimenty se ukázaly jako neprůkazné.

Kombinovaná znalost pyroelektřiny a porozumění základním krystalovým strukturám dala vzniknout předpovědi pyroelektřiny a schopnosti předpovídat chování krystalů. To bylo prokázáno na účinku krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a křemen také vykazovaly piezoelektřinu a ke generování napětí při deformaci byl použit piezoelektrický disk. To bylo značně přehnané v Curiesově demonstraci přímého piezoelektrického jevu.

Bratři Pierre a Jacques Curieovi předpověděli obrácený piezoelektrický efekt a opačný efekt byl matematicky odvozen ze základních termodynamických principů Gabrielem Lippmannem v roce 1881. Curieovi okamžitě potvrdili existenci opačného efektu a pokračovali v získávání kvantitativního důkazu o úplném reverzibilita elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech.

Po desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, ale byla životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila v publikaci Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta. To popsalo třídy přírodních krystalů schopné piezoelektriky a přesně definovalo piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy. Toto byla první praktická aplikace piezoelektrických měničů a sonar byl vyvinut během XNUMX. světové války. Ve Francii Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek.

Carl Linné a Franz Aepinus

Piezoelektřina je elektromechanický jev, při kterém se elektrický náboj hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Tento náboj vzniká v reakci na aplikované mechanické namáhání. Slovo piezoelektřina pochází z řeckých slov πιέζειν (piezein), což znamená „stisknout nebo stisknout“ a ἤλεκτρον (ēlektron), což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrický jev je výsledkem lineární elektromechanické interakce mezi mechanickým a elektrickým stavem krystalických materiálů s inverzní symetrií. Tento efekt je reverzibilní, což znamená, že materiály vykazující piezoelektriku také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, což je vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Například krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého generují měřitelnou piezoelektřinu, když je jejich statická struktura deformována z původního rozměru. Krystaly mohou naopak změnit svůj statický rozměr, když je aplikováno vnější elektrické pole, což je známé jako inverzní piezoelektrický jev a používá se při výrobě ultrazvukových vln.

V roce 1880 francouzští fyzici Jacques a Pierre Curie objevili piezoelektrický jev a od té doby byl využíván pro mnoho užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrický inkoustový tisk, generování vysokonapěťové elektřiny, hodinové generátory, elektronická zařízení, mikrováhy. , hnací ultrazvukové trysky a optické sestavy s ultrajemným zaostřováním. Tvoří také základ pro skenovací sondové mikroskopy, které se používají k rozlišení obrázků v měřítku atomů. Piezoelektřina se také používá ve snímačích pro elektronicky zesílené kytary a spouštěcích mechanismech pro moderní elektronické bicí.

Piezoelektřina se také vyskytuje v každodenním použití, jako je generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, svítilnách, zapalovačích cigaret a pyroelektrický efekt, což je, když materiál generuje elektrický potenciál v reakci na změnu teploty. Tento efekt studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. století, přičemž čerpali ze znalostí René Hauye a Antoina Césara Becquerela, kteří navrhli vztah mezi mechanickým napětím a elektrickým nábojem, ačkoli jejich experimenty se ukázaly neprůkazné.

Pohled na piezokrystal v kompenzátoru Curie v Hunterian Museum ve Skotsku je ukázkou přímého piezoelektrického jevu bratří Pierra a Jacquese Curieových. Kombinace jejich znalostí pyroelektřiny s pochopením základních krystalových struktur vedlo k předpovědi pyroelektřiny a schopnosti předpovídat chování krystalu. To bylo prokázáno působením krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a křemen z Rochelleovy soli vykazovaly piezoelektřinu a piezoelektrický disk generuje při deformaci napětí, i když to je v Curiesově demonstraci značně přehnané.

Předpověď obráceného piezoelektrického jevu a jeho matematický odvod ze základních termodynamických principů provedl Gabriel Lippmann v roce 1881. Curieovi okamžitě potvrdili existenci obráceného jevu a pokračovali v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektroelasto- mechanické deformace v piezoelektrických krystalech. Po celá desetiletí zůstala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, dokud se nestala životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marie Curieovými, kteří ji použili k prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu. To vyvrcholilo publikací Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta, která popsala třídy přírodních krystalů schopné piezoelektriky a důsledně definovala piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy.

Tato praktická aplikace piezoelektrických měničů vedla k vývoji sonaru během XNUMX. světové války. Ve Francii Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek. Detektor se skládal z převodníku vyrobeného z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům a hydrofonu pro detekci vrácené ozvěny po vyslání vysokofrekvenčního impulsu z převodníku. Měřením času, který zabere slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, byli schopni vypočítat vzdálenost objektu. Použili piezoelektřinu, aby byl tento sonar úspěšný, a projekt vytvořil intenzivní vývoj a zájem o piezoelektrická zařízení.

Rene Hauy a Antoine Cesar Becquerel

Piezoelektřina je elektromechanický jev, ke kterému dochází, když určité pevné materiály, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA, akumulují elektrický náboj v reakci na aplikované mechanické namáhání. Piezoelektřina je odvozena z řeckého slova „piezein“, což znamená „stisknout nebo stisknout“, a „elektron“, což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrický jev je výsledkem lineární elektromechanické interakce mezi mechanickými a elektrickými stavy v krystalických materiálech s inverzní symetrií. Tento efekt je reverzibilní, což znamená, že materiály vykazující piezoelektrický efekt také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, neboli vnitřní generování mechanického napětí vyplývajícího z aplikovaného elektrického pole. Například krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého generují měřitelnou piezoelektřinu, když je jejich statická struktura deformována z původního rozměru. Krystaly mohou naopak změnit svůj statický rozměr, když je aplikováno vnější elektrické pole, což má za následek inverzní piezoelektrický jev a produkci ultrazvukových vln.

Francouzští fyzici Pierre a Jacques Curie objevili piezoelektrický jev v roce 1880. Tento efekt byl využit pro řadu užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrického inkoustového tisku, výroby elektřiny vysokého napětí, hodinových generátorů a elektronických zařízení. jako mikrováhy, ultrazvukové trysky a optické sestavy s ultrajemným zaostřováním. Tvoří také základ rastrovacích sondových mikroskopů, které dokážou rozlišit obrazy na stupnici atomů. Piezoelektřina se také používá ve snímačích pro elektronicky zesílené kytary a spouští pro moderní elektronické bicí.

Piezoelektrický jev poprvé studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. století, přičemž čerpali ze znalostí Rene Hauye a Antoina Cesara Becquerela, kteří navrhli vztah mezi mechanickým napětím a elektrickým nábojem. Experimenty se však ukázaly jako neprůkazné. V kombinaci se znalostí pyroelektřiny a porozuměním pod nimi ležícím krystalovým strukturám to dalo vzniknout předpovědi pyroelektřiny a schopnosti předpovídat chování krystalu. To bylo prokázáno na účinku krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a křemen také vykazovaly piezoelektřinu a ke generování napětí při deformaci byl použit piezoelektrický disk. Tento efekt byl značně přehnaný v demonstraci Curieových v Muzeu Skotska, která ukázala přímý piezoelektrický jev.

Bratři Pierre a Jacques Curieovi pokračovali v získání kvantitativního důkazu úplné vratnosti elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech. Po desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, dokud se nestala životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Tato práce zkoumala a definovala krystalové struktury, které vykazovaly piezoelektřinu, což vyvrcholilo publikací Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta.

Curieovi okamžitě potvrdili existenci obráceného jevu a pokračovali v matematickém odvození základních termodynamických principů opačného jevu. To provedl Gabriel Lippmann v roce 1881. Piezoelektřina byla poté použita k vývoji sonaru během XNUMX. světové války. Ve Francii Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový ponorkový detektor. Tento detektor se skládal z převodníku vyrobeného z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům a hydrofonu pro detekci vrácené ozvěny. Vysláním vysokofrekvenčního pulzu z převodníku a měřením času, který zabere slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, mohli vypočítat vzdálenost k objektu.

Použití piezoelektrických krystalů bylo dále vyvinuto Bell Telephone Laboratories po druhé světové válce. Frederick R. Lack, pracující v oddělení radiotelefonie, vyvinul broušený krystal, který by mohl fungovat v širokém rozsahu teplot. Lackův krystal nepotřeboval těžké příslušenství předchozích krystalů, což usnadnilo jeho použití v letadlech. Tento vývoj umožnil spojeneckým vzdušným silám zapojit se do koordinovaných hromadných útoků pomocí leteckého rádia. Vývoj piezoelektrických zařízení a materiálů ve Spojených státech udržoval společnosti ve vývoji válečných začátků v oboru a rozvíjely se zájmy o zajištění ziskových patentů na nové materiály. Krystaly křemene byly komerčně využívány jako piezoelektrický materiál a vědci hledali materiály s vyšším výkonem. Navzdory pokroku v materiálech a zrání výrobních procesů, Spojené státy americké

Gabriel Lippmann

Piezoelektřina je elektromechanický jev, při kterém se elektrický náboj hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Je výsledkem interakce mezi mechanickými a elektrickými stavy v materiálech s inverzní symetrií. Piezoelektřinu poprvé objevili francouzští fyzikové Pierre a Jacques Curie v roce 1880.

Piezoelektřina byla využívána pro řadu užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrického inkoustového tisku a výroby vysokonapěťové elektřiny. Piezoelektřina je odvozena z řeckých slov πιέζειν (piezein), což znamená „stisknout nebo stisknout“ a ἤλεκτρον (ēlektron), což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrický jev je reverzibilní, což znamená, že materiály vykazující piezoelektřinu také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, ve kterém vnitřní generování mechanického napětí vyplývá z aplikace elektrického pole. Například krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého generují měřitelnou piezoelektřinu, když je jejich statická struktura deformována z původního rozměru. Naopak krystaly mohou změnit svůj statický rozměr, když je aplikováno vnější elektrické pole, což je proces známý jako inverzní piezoelektrický efekt. Tento proces lze použít k produkci ultrazvukových vln.

Piezoelektrický jev byl studován od poloviny 18. století, kdy Carl Linnaeus a Franz Aepinus, čerpající ze znalostí René Hauye a Antoina Césara Becquerela, navrhli vztah mezi mechanickým napětím a elektrickým nábojem. Experimenty se však ukázaly jako neprůkazné. Teprve když kombinovaná znalost pyroelektřiny a pochopení základních krystalových struktur dala vzniknout předpovědi pyroelektřiny, byli výzkumníci schopni předpovědět chování krystalu. To bylo prokázáno působením krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelle sůl.

Gabriel Lippmann v roce 1881 matematicky odvodil základní termodynamické principy obráceného piezoelektrického jevu. Curies okamžitě potvrdil existenci opačného efektu a pokračoval v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech.

Po desetiletí zůstávala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, dokud se nestala životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem a Marií Curieovými. Jejich práce na prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu, vyvrcholila v publikaci Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta. To popsalo třídy přirozených krystalů schopné piezoelektriky a přesně definovalo piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy.

Praktická aplikace piezoelektrických zařízení začala s vývojem sonaru během XNUMX. světové války. Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek. Tento detektor se skládal z převodníku vyrobeného z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům a hydrofonu pro detekci vrácené ozvěny. Vysláním vysokofrekvenčního pulsu z převodníku a měřením času, který zabere slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, byli schopni vypočítat vzdálenost k objektu. Toto použití piezoelektriky pro sonar bylo úspěšné a projekt vyvolal intenzivní vývojový zájem o piezoelektrická zařízení. Během desetiletí byly zkoumány a vyvinuty nové piezoelektrické materiály a nové aplikace pro tyto materiály. Piezoelektrická zařízení našla své domovy v různých oblastech, od keramických gramofonových kazet, které zjednodušily design přehrávače a učinily levné, přesné gramofony levnější na údržbu a snadnější sestavení, až po vývoj ultrazvukových měničů, které umožňovaly snadné měření viskozity a elasticity tekutin. a pevných látek, což má za následek obrovský pokrok ve výzkumu materiálů. Ultrazvukové reflektometry v časové oblasti vysílají ultrazvukový impuls do materiálu a měří odrazy a diskontinuity, aby nalezly vady uvnitř litých kovových a kamenných předmětů, čímž zlepšují konstrukční bezpečnost.

Po druhé světové válce objevily nezávislé výzkumné skupiny ve Spojených státech, Rusku a Japonsku novou třídu syntetických materiálů zvanou feroelektrika, která vykazovala piezoelektrické konstanty až desetkrát vyšší než přírodní materiály. To vedlo k intenzivnímu výzkumu s cílem vyvinout titaničitan barnatý a později olovnatý zirkoničitan titaničitý, materiály se specifickými vlastnostmi pro konkrétní aplikace. Byl vyvinut významný příklad použití piezoelektrických krystalů

Woldemar Voigt

Piezoelektřina je elektromechanický jev, při kterém se elektrický náboj hromadí v určitých pevných materiálech, jako jsou krystaly, keramika a biologická hmota, jako je kost a DNA. Tento náboj vzniká v reakci na aplikované mechanické namáhání. Slovo piezoelektřina je odvozeno z řeckého slova „piezein“, což znamená „stisknout nebo stisknout“, a „elektron“, což znamená „jantar“, starověký zdroj elektrického náboje.

Piezoelektrický jev je výsledkem lineární elektromechanické interakce mezi mechanickým a elektrickým stavem krystalických materiálů s inverzní symetrií. Tento efekt je reverzibilní, což znamená, že materiály vykazující piezoelektriku také vykazují reverzní piezoelektrický efekt, kde vnitřní generování mechanického napětí vyplývá z aplikovaného elektrického pole. Například krystaly zirkoničitanu titaničitanu olovnatého generují měřitelnou piezoelektřinu, když je jejich statická struktura deformována z původního rozměru. Krystaly mohou naopak změnit svůj statický rozměr, když je aplikováno vnější elektrické pole, což je jev známý jako inverzní piezoelektrický jev, který se používá při výrobě ultrazvukových vln.

Francouzští fyzici Pierre a Jacques Curie objevili piezoelektřinu v roce 1880. Piezoelektrický jev byl od té doby využíván pro řadu užitečných aplikací, včetně produkce a detekce zvuku, piezoelektrického inkoustového tisku, výroby elektřiny vysokého napětí, hodinových generátorů a elektronických zařízení. jako mikrováhy a poháněcí ultrazvukové trysky pro ultrajemné zaostřování optických sestav. Tvoří také základ rastrovacích sondových mikroskopů, které dokážou rozlišit obrazy v měřítku atomů. Snímače v elektronicky zesílených kytarách a spouště v moderních elektronických bicích navíc využívají piezoelektrický efekt.

Piezoelektřina také nachází každodenní využití při generování jisker k zapálení plynu ve varných a topných zařízeních, v baterkách, zapalovačích cigaret a dalších. Pyroelektrický efekt, kdy materiál generuje elektrický potenciál v reakci na změnu teploty, studovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovině 18. stres a elektrický náboj. Pokusy prokázat tento vztah se ukázaly jako neprůkazné.

Pohled na piezokrystal v kompenzátoru Curie v Hunterian Museum ve Skotsku je ukázkou přímého piezoelektrického jevu bratří Pierra a Jacquese Curieových. Kombinace jejich znalostí pyroelektřiny s pochopením základních krystalových struktur vedlo k předpovědi pyroelektřiny, která jim umožnila předpovědět chování krystalů, které prokázali při účinku krystalů, jako je turmalín, křemen, topaz, třtinový cukr a Rochelleova sůl. . Tetrahydrát a křemen vinanu sodného a draselného také vykazovaly piezoelektřinu a ke generování napětí při deformaci byl použit piezoelektrický disk. Tato změna tvaru byla v demonstraci Curies značně přehnaná a pokračovali v předpovědi obráceného piezoelektrického jevu. Opačný efekt byl matematicky odvozen ze základních termodynamických principů Gabriel Lippmann v roce 1881.

Curies okamžitě potvrdil existenci opačného efektu a pokračoval v získání kvantitativního důkazu o úplné reverzibilitě elektro-elasto-mechanických deformací v piezoelektrických krystalech. V následujících desetiletích zůstala piezoelektřina laboratorní kuriozitou, dokud se nestala životně důležitým nástrojem při objevu polonia a radia Pierrem Marie Curie, který ji použil k prozkoumání a definování krystalových struktur, které vykazovaly piezoelektřinu. To vyvrcholilo publikací Lehrbuch der Kristallphysik (učebnice krystalové fyziky) Woldemara Voigta, která popsala třídy přírodních krystalů schopné piezoelektriky a důsledně definovala piezoelektrické konstanty pomocí tenzorové analýzy.

To vedlo k praktickému použití piezoelektrických zařízení, jako je sonar, který byl vyvinut během XNUMX. světové války. Ve Francii Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponorek. Tento detektor sestával z převodníku vyrobeného z tenkých křemenných krystalů pečlivě přilepených k ocelovým plátům a hydrofonu pro detekci vrácené ozvěny po vyslání vysokofrekvenčního impulsu z převodníku. Měřením času, který zabere slyšet ozvěnu zvukových vln odrážejících se od objektu, mohli vypočítat vzdálenost k objektu. Použili piezoelektřinu, aby byl tento sonar úspěšný, a projekt vyvolal intenzivní vývoj a zájem.

Důležité vztahy

• Piezoelektrické aktuátory: Piezoelektrické aktuátory jsou zařízení, která přeměňují elektrickou energii na mechanický pohyb. Běžně se používají v robotice, lékařských zařízeních a dalších aplikacích, kde je vyžadováno přesné řízení pohybu.
• Piezoelektrické senzory: Piezoelektrické senzory se používají k měření fyzikálních parametrů, jako je tlak, zrychlení a vibrace. Často se používají v průmyslových a lékařských aplikacích, stejně jako ve spotřební elektronice.
• Piezoelektřina v přírodě: Piezoelektřina je přirozeně se vyskytující jev v určitých materiálech a nachází se v mnoha živých organismech. To je používáno některými organismy ke snímání jejich prostředí a ke komunikaci s jinými organismy.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Piezoelektřina je úžasný fenomén, který se používá v různých aplikacích, od sonaru až po kazety do gramofonu. Studuje se od poloviny 1800. století a s velkým úspěchem se používá při vývoji moderních technologií. Tento blogový příspěvek prozkoumal historii a využití piezoelektřiny a zdůraznil význam tohoto fenoménu ve vývoji moderních technologií. Pro ty, kteří se chtějí dozvědět více o piezoelektrice, je tento příspěvek skvělým výchozím bodem.

Jsem Joost Nusselder, zakladatel společnosti Neaera a obsahový marketér, táta a rád zkouším nové vybavení s kytarou v srdci mé vášně a společně se svým týmem tvořím od roku 2020 podrobné články na blogu. pomoci věrným čtenářům s nahráváním a kytarovými tipy.

Podívejte se na mě na Youtube kde vyzkouším všechno toto vybavení:

PŘIHLÁSIT SE K ODBĚRU