Piesoelektrilisus: põhjalik juhend selle mehaanika ja rakenduste mõistmiseks

tere, mulle meeldib luua tasuta sisu, mis on täis näpunäiteid oma lugejatele, teile. Ma ei aktsepteeri tasulist sponsorlust, minu arvamus on minu enda oma, kuid kui leiate, et minu soovitustest on abi ja ostate mõne minu lingi kaudu midagi, mis teile meeldib, võin teenida vahendustasu ilma teile lisatasuta. Loe edasi

Piesoelektrilisus on teatud materjalide võime toota elektrit mehaanilise koormuse korral ja vastupidi. Sõna pärineb kreekakeelsest sõnast piezo, mis tähendab survet ja elektrit. See avastati esmakordselt 1880. aastal, kuid kontseptsioon on tuntud juba pikka aega.

Piesoelektrilisuse tuntuim näide on kvarts, kuid see nähtus avaldub ka paljudes teistes materjalides. Piesoelektri kõige levinum kasutusala on ultraheli tootmine.

Selles artiklis käsitlen piesoelektri olemasolu, selle toimimist ja selle hämmastava nähtuse mõningaid praktilisi rakendusi.

Mis on piesoelektrilisus?

Piesoelektrilisus on teatud materjalide võime tekitada elektrilaeng vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. See on lineaarne elektromehaaniline interaktsioon mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonisümmeetriaga kristalsetes materjalides. Piesoelektrilisi materjale saab kasutada kõrgepingeelektri, kellageneraatorite, elektroonikaseadmete, mikrokaalude, ajami ultrahelipihustite ja ülipeente teravustamisoptiliste sõlmede genereerimiseks.

Piesoelektriliste materjalide hulka kuuluvad kristallid, teatud keraamika, bioloogilised ained, nagu luu ja DNA, ning valgud. Kui piesoelektrilisele materjalile rakendatakse jõudu, tekitab see elektrilaengu. Seda laengut saab seejärel kasutada seadmete toiteks või pinge loomiseks.

Piesoelektrilisi materjale kasutatakse mitmesugustes rakendustes, sealhulgas:
• Heli tekitamine ja tuvastamine
• Piesoelektriline tindiprintimine
• Kõrgepinge elektri tootmine
• Kellageneraatorid
• Elektroonilised seadmed
• Mikrokaalud
• Käivitage ultrahelidüüsid
• Ülipeened fokusseerivad optilised sõlmed
• Pickupid elektrooniliselt võimendatud kitarridele
• Moodsate elektrooniliste trummide päästikud
• Sädemete tekitamine gaasi süütamiseks
• Toiduvalmistamis- ja kütteseadmed
• Taskulambid ja sigaretisüütajad.

Mis on piesoelektri ajalugu?

Piesoelektrilisuse avastasid 1880. aastal prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie. See on elektrilaeng, mis akumuleerub teatud tahketesse materjalidesse, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, vastusena rakendatud mehaanilisele pingele. Sõna "piesoelektrilisus" on tuletatud kreeka sõnast "piezein", mis tähendab "pigistada" või "press", ja "elektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Curies'e kombineeritud teadmised püroelektrilisusest ja aluskristallstruktuuride mõistmine andsid aluse püroelektrilisuse ennustamisele ja võime ennustada kristallide käitumist. Seda demonstreeriti selliste kristallide nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool mõju.

Piesoelektrienergiat on kasutatud paljude kasulike rakenduste jaoks, sealhulgas heli tekitamiseks ja tuvastamiseks, piesoelektriliseks tindiprinteriks, kõrgepinge elektri tootmiseks, kellageneraatoriteks ja elektroonikaseadmeteks, mikrokaaludeks, ajami ultrahelipihustiteks, optiliste sõlmede ülipeen fokuseerimiseks ja skaneerivate sondimikroskoopide alus, et lahendada kujutised aatomite skaalal.

Piesoelektri kasutatakse ka igapäevaselt, näiteks sädemete tekitamine gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, tõrvikutes, sigaretisüütajates ja püroelektriline efekt, kus materjal tekitab vastusena temperatuurimuutusele elektripotentsiaali.

Sonari väljatöötamisel Esimese maailmasõja ajal kasutati Bell Telephone Laboratories välja töötatud piesoelektrilisi kristalle. See võimaldas liitlaste õhujõududel osaleda kooskõlastatud massirünnakutes lennuraadio abil. Piesoelektriliste seadmete ja materjalide areng Ameerika Ühendriikides hoidis ettevõtteid huvivaldkonnas sõjaaja alguse arendamisel, tagades uutele materjalidele tulusaid patente.

Jaapan nägi Ameerika Ühendriikide piesoelektritööstuse uusi rakendusi ja kasvu ning arendas kiiresti oma. Nad jagasid kiiresti teavet ja töötasid välja baariumtitanaadi ja hiljem plii tsirkonaattitanaadi materjale, millel on konkreetsete rakenduste jaoks spetsiifilised omadused.

Piesoelektrienergia on alates selle avastamisest 1880. aastal jõudnud kaugele ja seda kasutatakse nüüd mitmesugustes igapäevastes rakendustes. Seda on kasutatud ka edusammude tegemiseks materjalide uurimisel, nagu ultraheli aja domeeni reflektomeetrid, mis saadavad ultraheliimpulsi läbi materjali, et mõõta peegeldusi ja katkestusi, et leida valumetallist ja kivist esemete sees vigu, parandades konstruktsiooni ohutust.

Kuidas piesoelekter töötab

Selles jaotises uurin, kuidas piesoelektrilisus töötab. Vaatlen elektrilaengu akumuleerumist tahketes ainetes, lineaarset elektromehaanilist vastastikmõju ja pöörduvat protsessi, mis selle nähtuse moodustavad. Arutan ka piesoelektri ajalugu ja selle rakendusi.

Elektrilaengu kogunemine tahkistes

Prantsuse füüsikud Pierre ja Jacques Curie avastasid piesoelektri 1880. aastal. Sellest ajast alates on seda kasutatud mitmesuguste kasulike rakenduste jaoks, sealhulgas heli tekitamiseks ja tuvastamiseks, piesoelektriliseks tindiprinteriks, kõrgepinge elektri tootmiseks, kellageneraatoriteks ja elektroonikaseadmeteks, nagu mikrokaalud. ja käitavad ultrahelidüüsid optiliste sõlmede ülipeeneks teravustamiseks. Samuti on see aluseks skaneerivatele sondimikroskoopidele, mis suudavad pilte lahendada aatomite skaalal. Piesoelektrilisust kasutatakse ka elektrooniliselt võimendatud kitarride pikapites ja kaasaegsete elektrooniliste trummide päästikutes.

Piesoelektrit kasutatakse igapäevaselt gaasi süütamiseks sädemete tekitamisel, toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, tõrvikutes, sigaretisüütajates ning püroelektrilises efektis, kus materjal tekitab vastusena temperatuurimuutusele elektripotentsiaali. Seda uurisid Carl Linnaeus ja Franz Aepinus 18. sajandi keskel, tuginedes René Haüy ja Antoine César Becquereli teadmistele, kes väitsid seost mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel. Katsed osutusid ebaselgeks.

Šotimaal Hunteri muuseumis asuva Curie kompensaatori piesokristalli vaade näitab otsest piesoelektrilist efekti. Vennad Pierre ja Jacques Curie ühendasid oma teadmised püroelektrilisusest nende aluseks olevate kristallstruktuuride mõistmisega, mis andis aluse püroelektrilisuse ennustamisele. Nad suutsid ennustada kristallide käitumist ja näitasid mõju kristallidele, nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool. Naatriumkaaliumtartraadi tetrahüdraat ja kvarts näitasid samuti piesoelektrilisust. Piesoelektriline ketas tekitab deformeerumisel pinge ja kuju muutus on Curies'e demonstratsioonis tugevalt liialdatud.

Nad suutsid ennustada vastupidist piesoelektrilist efekti ja vastupidise efekti tuletas matemaatiliselt välja Gabriel Lippmann 1881. aastal. Curie'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid elektro-elasto- piesoelektriliste kristallide mehaanilised deformatsioonid.

Piesoelektrilisus jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuid Pierre ja Marie Curie poolt polooniumi ja raadiumi avastamisel oli see oluline tööriist. Nende töö piesoelektriga kristallstruktuuride uurimiseks ja määratlemiseks kulmineerus Woldemar Voigti Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega, mis kirjeldas piesoelektrivõimelisi looduslikke kristalliklasse ja määratles rangelt piesoelektrilised konstandid tensoranalüüsi abil. See oli piesoelektriliste seadmete praktiline rakendus ja sonar töötati välja I maailmasõja ajal. Prantsusmaal töötasid Paul Langevin ja tema töökaaslased välja ultraheli allveelaeva detektori.

Detektor koosnes a andur valmistatud õhukestest kvartskristallidest, mis on hoolikalt terasplaatidele liimitud, ja hüdrofonist tagasituleva kaja tuvastamiseks. Väljastades kõrge sagedus anduri impulssi ja mõõtes aega, mis kulub objektilt tagasi põrkuvate helilainete kaja kuulmiseks, suutsid nad arvutada kauguse objektist. Nad kasutasid sonari edu saavutamiseks piesoelektrit ning projekt tekitas intensiivse arengu ja huvi piesoelektriliste seadmete vastu. Aastakümnete jooksul uuriti ja arendati uusi piesoelektrilisi materjale ja materjalide uusi rakendusi ning piesoelektrilised seadmed leidsid kodud erinevates valdkondades. Keraamilised fonograafi kassetid lihtsustasid pleieri disaini ning valmistasid odavad ja täpsed plaadimängijad, mida oli odavam hooldada ja lihtsam ehitada.

Ultrahelimuundurite väljatöötamine võimaldas hõlpsalt mõõta vedelike ja tahkete ainete viskoossust ja elastsust, mille tulemuseks on tohutu edusamm materjalide uurimisel.

Lineaarne elektromehaaniline interaktsioon

Piesoelektrilisus on teatud materjalide võime tekitada mehaanilise koormuse korral elektrilaeng. Sõna on tuletatud kreeka sõnadest πιέζειν (piezein), mis tähendab "pigistada või vajutada" ja ἤλεκτρον (ēlektron), mis tähendab "merevaigust", mis oli iidne elektrilaengu allikas.

Piesoelektrilisuse avastasid 1880. aastal prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie. See põhineb lineaarsel elektromehaanilisel interaktsioonil kristalsete materjalide mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel, millel on inversioonsümmeetria. See efekt on pöörduv, mis tähendab, et piesoelektrilisusega materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, kusjuures rakendatud elektrivälja tõttu tekib sisemine mehaaniline pinge. Näited materjalidest, mis tekitavad staatilisest struktuurist deformeerumisel mõõdetavat piesoelektrilisust, hõlmavad pliitsirkonaattitanaadi kristalle. Vastupidiselt võivad kristallid muuta oma staatilist mõõdet, kui rakendatakse välist elektrivälja, mida tuntakse piesoelektrilise pöördefektina ja mida kasutatakse ultrahelilainete tootmisel.

Best strings for electric guitar

Piesoelektrienergiat on kasutatud mitmesuguste kasulike rakenduste jaoks, näiteks:

• Heli tekitamine ja tuvastamine
• Piesoelektriline tindiprintimine
• Kõrgepinge elektri tootmine
• Kellageneraator
• Elektroonilised seadmed
• Mikrokaalud
• Käivitage ultrahelidüüsid
• Ülipeened fokusseerivad optilised sõlmed
• Moodustab skaneerivate sondimikroskoopide aluse kujutiste lahendamiseks aatomite skaalal
• Pikapid elektrooniliselt võimendatud kitarridel
• Päästikud kaasaegsetes elektroonilistes trummides
• Sädemete tekitamine gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes
• Taskulambid ja sigaretisüütajad

Piesoelektrilisus leiab igapäevast kasutust ka püroelektrilises efektis, mis on materjal, mis tekitab vastusena temperatuurimuutusele elektripotentsiaali. Seda uurisid Carl Linnaeus ja Franz Aepinus 18. sajandi keskel, tuginedes René Haüy ja Antoine César Becquereli teadmistele, kes väitsid seost mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel. Kuid katsed osutusid ebaselgeks.

Piesokristalli vaatamine Šotimaa Hunteri muuseumis asuvas Curie kompensaatoris on otsese piesoelektrilise efekti demonstratsioon. See oli vendade Pierre ja Jacques Curie töö, mis uuris ja määratles piesoelektrilisusega kristallstruktuure, mis tipnes Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega. See kirjeldas piesoelektrilisusega võimelisi looduslikke kristallklasse ja määratles rangelt piesoelektrilised konstandid tensoranalüüsi abil, mis viis piesoelektriliste seadmete praktilise rakendamiseni.

Sonar töötati välja I maailmasõja ajal, kui prantslane Paul Langevin ja tema töökaaslased töötasid välja ultraheli allveelaeva detektori. See detektor koosnes õhukestest kvartskristallidest valmistatud muundurist, mis oli hoolikalt terasplaatidele liimitud, ja hüdrofonist, mis tuvastas pärast muundurist kõrgsagedusliku impulsi väljastamist tagasituleva kaja. Mõõtes aega, mis kulub objektilt põrkuvate helilainete kaja kuulmiseks, suutsid nad piesoelektri abil arvutada objekti kauguse. Selle projekti edu tekitas aastakümnete jooksul intensiivse arengu ja huvi piesoelektriliste seadmete vastu, mille käigus uuriti ja arendati uusi piesoelektrilisi materjale ja uusi rakendusi. Piesoelektrilised seadmed leidsid kodu paljudes valdkondades, näiteks keraamilised fonograafi kassetid, mis lihtsustasid mängija disaini ja muutsid odavamad ja täpsemad plaadimängijad ning odavamad ja lihtsamini ehitatavad ja hooldatavad.

Ultrahelimuundurite väljatöötamine võimaldas hõlpsalt mõõta vedelike ja tahkete ainete viskoossust ja elastsust, mille tulemuseks on tohutu edusamm materjalide uurimisel. Ultraheli ajadomeeni reflektomeetrid saadavad materjalisse ultraheliimpulsi ning mõõdavad peegeldusi ja katkestusi, et leida valumetallist ja kivist esemete sees vigu, parandades konstruktsiooni ohutust. Pärast Teist maailmasõda avastasid sõltumatud uurimisrühmad Ameerika Ühendriikides, Venemaal ja Jaapanis uue sünteetiliste materjalide klassi, mida nimetatakse ferroelektrideks, mille piesoelektrilised konstandid olid mitu korda suuremad kui looduslikud materjalid. See tõi kaasa intensiivsed uuringud baariumtitanaadi ja hiljem plii tsirkonaattitanaadi väljatöötamiseks, materjalid, millel on spetsiifilised omadused konkreetsete rakenduste jaoks.

Märkimisväärse näite piesoelektriliste kristallide kasutamisest töötas välja Bell Telephone Laboratories pärast Teist maailmasõda. Frederick R. Lack, kes töötab raadiotelefonitehnika osakonnas,

Pööratav protsess

Piesoelektrilisus on elektrilaeng, mis koguneb teatud tahketesse materjalidesse, näiteks kristallidesse, keraamikasse ja bioloogilistesse ainetesse, nagu luu ja DNA. See on nende materjalide reaktsioon rakendatud mehaanilisele pingele. Sõna "piesoelektrilisus" pärineb kreeka sõnadest "piezein", mis tähendab "pigistada" või "press" ja "ēlektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektriline efekt tuleneb lineaarsest elektromehaanilisest interaktsioonist kristalsete materjalide mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonsümmeetriaga. See on pöörduv protsess, mis tähendab, et piesoelektrilisusega materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis kujutab endast mehaanilise pinge sisemist genereerimist, mis tuleneb rakendatud elektriväljast. Mõõdetavat piesoelektrit tekitavate materjalide näidete hulka kuuluvad pliitsirkonaattitanaadi kristallid. Kui nende kristallide staatiline struktuur deformeerub, naasevad nad oma esialgsesse mõõtmesse ja vastupidi, välise elektrivälja rakendamisel muudavad nad oma staatilist mõõdet, tekitades ultrahelilaineid.

Prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie avastasid piesoelektri 1880. aastal. Sellest ajast alates on seda kasutatud mitmesuguste kasulike rakenduste jaoks, sealhulgas heli tekitamiseks ja tuvastamiseks, piesoelektriliseks tindiprinteriks, kõrgepinge elektri tootmiseks, kellageneraatoriteks, elektroonikaseadmeteks, mikrokaaludeks, juhivad ultrahelidüüsid ja ülipeened teravustamisoptilised sõlmed. See moodustab aluse ka skaneerivate sondimikroskoopide jaoks, mis suudavad pilte lahendada aatomite skaalal. Piesoelektrilisust kasutatakse ka elektrooniliselt võimendatud kitarride pikapides ja kaasaegsete elektrooniliste trummide päästikutes.

Piesoelektri kasutatakse ka igapäevaselt, näiteks sädemete tekitamine gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, tõrvikutes, sigaretisüütajates ja mujal. Carl Linnaeus, Franz Aepinus ja René Haüy uurisid püroelektrilist efekti, mille puhul materjal tekitab vastusena temperatuurimuutusele elektrilise potentsiaali, tuginedes merevaigust puudutavatele teadmistele. Antoine César Becquerel esitas seose mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel, kuid katsed osutusid ebaselgeks.

Glasgow Hunteriani muuseumi külastajad saavad vaadata Piezo Crystal Curie kompensaatorit, mis on vendade Pierre ja Jacques Curie otsese piesoelektrilise efekti demonstratsioon. Nende püroelektrialaste teadmiste ühendamine aluskristallstruktuuride mõistmisega andis aluse püroelektrilisuse ennustamisele ja võime ennustada kristallide käitumist. Seda demonstreeriti selliste kristallide nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool mõjuga. Naatrium- ja kaaliumtartraadi tetrahüdraat ja kvarts näitasid samuti piesoelektrilisust ning deformeerumisel kasutati pinge tekitamiseks piesoelektrilist ketast. Curie'd liialdasid seda kujumuutust tugevalt, et ennustada vastupidist piesoelektrilist efekti. Vastupidise efekti tuletas matemaatiliselt termodünaamiliste põhimõtete põhjal Gabriel Lippmann 1881. aastal.

Curie'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid piesoelektriliste kristallide elektro-elast-mehaaniliste deformatsioonide täieliku pöörduvuse kohta. Piesoelektrilisus jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuid Pierre ja Marie Curie poolt polooniumi ja raadiumi avastamisel oli see oluline tööriist. Nende töö piesoelektrilisusega kristallstruktuuride uurimisel ja määratlemisel kulmineerus Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega. See kirjeldas piesoelektrilisusega võimelisi looduslikke kristallklasse ja määratles tensoranalüüsi abil rangelt piesoelektrilised konstandid.

Piesoelektriliste seadmete, nagu kajaloodi, praktiline rakendamine töötati välja I maailmasõja ajal. Prantsusmaal töötasid Paul Langevin ja tema töökaaslased välja ultraheli allveelaeva detektori. See detektor koosnes õhukestest kvartskristallidest valmistatud muundurist, mis oli hoolikalt terasplaatidele liimitud, ja hüdrofonist, mis tuvastas tagasituleva kaja. Andes andurilt välja kõrgsagedusliku impulsi ja mõõtes aega, mis kulub objektilt põrgatavate helilainete kaja kuulmiseks, suutsid nad arvutada objekti kauguse. Nad kasutasid selle sonari edukaks muutmiseks piesoelektrit. See projekt tekitas intensiivse arengu ja huvi piesoelektriliste seadmete vastu ning aastakümnete jooksul uuriti ja arendati uusi piesoelektrilisi materjale ja nende materjalide uusi rakendusi. Piesoelektrilised seadmed

Mis põhjustab piesoelektrilisust?

Selles jaotises uurin piesoelektri päritolu ja erinevaid materjale, mis seda nähtust näitavad. Vaatlen kreeka sõna "piezein", iidset elektrilaengu allikat ja püroelektriefekti. Samuti käsitlen Pierre ja Jacques Curie avastusi ning piesoelektriliste seadmete arengut 20. sajandil.

Kreeka sõna Piezein

Piesoelektrilisus on elektrilaengu kogunemine teatud tahketesse materjalidesse, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA. Selle põhjuseks on nende materjalide reaktsioon rakendatud mehaanilisele pingele. Sõna piesoelektrilisus pärineb kreeka sõnast "piezein", mis tähendab "pigistada või vajutada", ja "ēlektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektriline efekt tuleneb lineaarsest elektromehaanilisest interaktsioonist kristalsete materjalide mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonsümmeetriaga. See on pöörduv protsess, mis tähendab, et piesoelektrilisusega materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis on rakendatud elektriväljast tuleneva mehaanilise pinge sisemine teke. Näiteks plii tsirkonaattitanaadi kristallid tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur on algsest mõõtmest deformeerunud. Vastupidi, kristallid võivad välise elektrivälja rakendamisel muuta oma staatilist mõõdet, mida nimetatakse piesoelektriliseks pöördefektiks ja mis tekitab ultrahelilaineid.

Prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie avastasid piesoelektri 1880. aastal. Piesoelektrilist efekti on kasutatud paljudes kasulikes rakendustes, sealhulgas heli tekitamisel ja tuvastamisel, piesoelektrilisel tindiprinteril, kõrgepinge elektri tootmisel, kellageneraatoritel ja elektroonikaseadmetel, nagu mikrokaalud. , ajami ultrahelidüüsid ja ülipeened teravustamisoptilised sõlmed. Samuti on see aluseks skaneerivatele sondimikroskoopidele, mis suudavad pilte lahendada aatomite skaalal. Piesoelektrilisust kasutatakse ka elektrooniliselt võimendatud kitarride pikapides ja kaasaegsete elektrooniliste trummide päästikutes.

Piesoelektrit kasutatakse igapäevaselt, näiteks sädemete tekitamine gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, taskulampides, sigaretisüütajates ja mujal. Carl Linnaeus ja Franz Aepinus uurisid püroelektrilist efekti, mis on elektrilise potentsiaali teke vastuseks temperatuurimuutusele, 18. sajandi keskel, tuginedes René Haüy ja Antoine César Becquereli teadmistele, kes väitsid, et mehaaniline pinge ja elektrilaeng. Katsed osutusid ebaselgeks.

Šotimaa muuseumis saavad külastajad vaadata piesokristalli Curie kompensaatorit, mis näitab vendade Pierre ja Jacques Curie otsest piesoelektrilist efekti. Nende püroelektrialaste teadmiste ühendamine aluskristallstruktuuride mõistmisega andis aluse püroelektrilisuse ennustamisele ja võime ennustada kristallide käitumist. Seda näitasid kristallide nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool mõju. Naatriumkaaliumtartraadi tetrahüdraat ja Rochelle'i soola kvarts näitasid piesoelektrilisust ning piesoelektriline ketas tekitab deformeerumisel pinget. See kujumuutus on Curie’de meeleavalduses tugevalt liialdatud.

Curie'd hankisid kvantitatiivseid tõendeid piesoelektriliste kristallide elektro-elast-mehaaniliste deformatsioonide täieliku pöörduvuse kohta. Piesoelektrienergia jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuni sellest sai Pierre ja Marie Curie polooniumi ja raadiumi avastamise oluline tööriist. Nende töö piesoelektrilisusega kristallstruktuuride uurimisel ja määratlemisel kulmineerus Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega. See kirjeldas piesoelektrilisusega võimelisi looduslikke kristallklasse ja määratles tensoranalüüsi abil rangelt piesoelektrilised konstandid.

Piesoelektri praktiline rakendamine viis I maailmasõja ajal sonari väljatöötamiseni. Prantsusmaal töötas Paul Langevin ja tema kaastöötajad välja ultraheli allveelaeva detektori. Detektor koosnes õhukestest kvartskristallidest valmistatud andurist, mis oli hoolikalt terasplaatidele liimitud ja mida kutsuti hüdrofoniks, et tuvastada pärast kõrgsagedusliku impulsi väljastamist tagastatud kaja. Muundur mõõtis objekti kauguse arvutamiseks aega, mis kulus objektilt tagasi põrkuvate helilainete kaja kuulmiseks. Piesoelektri kasutamine sonaris oli edukas ning projekt tekitas aastakümneteks intensiivse arengu ja huvi piesoelektriliste seadmete vastu.

Iidne elektrilaengu allikas

Piesoelektrilisus on elektrilaeng, mis koguneb teatud tahketesse materjalidesse, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA. Selle põhjuseks on materjali reaktsioon rakendatud mehaanilisele pingele. Sõna "piesoelektrilisus" pärineb kreekakeelsest sõnast "piezein", mis tähendab "pigistada või vajutada", ja sõnast "elektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektriline efekt tuleneb lineaarsest elektromehaanilisest interaktsioonist kristalsete materjalide mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonsümmeetriaga. See on pöörduv protsess, mis tähendab, et piesoelektrilisusega materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis on rakendatud elektriväljast tuleneva mehaanilise pinge sisemine teke. Näiteks plii tsirkonaattitanaadi kristallid tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur on algsest mõõtmest deformeerunud. Vastupidiselt, kui rakendatakse välist elektrivälja, muudavad kristallid oma staatilist mõõdet pöördvõrdelises piesoelektrilises efektis, tekitades ultrahelilaineid.

Piesoelektrilise efekti avastasid 1880. aastal prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie. Seda kasutatakse mitmesuguste kasulike rakenduste jaoks, sealhulgas heli tekitamiseks ja tuvastamiseks, piesoelektriliseks tindiprinteriks, kõrgepingeelektri genereerimiseks, kellageneraatoriteks ja elektroonikaseadmeteks, nagu mikrokaalud ja ajamiga ultrahelidüüsid optiliste sõlmede ülipeeneks fokuseerimiseks. See on ka aluseks skaneerivatele sondimikroskoopidele, mida kasutatakse kujutiste lahendamiseks aatomite skaalal. Piesoelektrilisust kasutatakse ka elektrooniliselt võimendatud kitarride pikapides ja kaasaegsete elektrooniliste trummide päästikutes.

Piesoelektri saab igapäevaselt kasutada sädemete tekitamiseks, et süüdata gaas toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, tõrvikutes, sigaretisüütajates ja mujal. Carl Linnaeus ja Franz Aepinus uurisid püroelektrilist efekti, mis on elektrilise potentsiaali tekitamine vastusena temperatuurimuutustele, 18. sajandi keskel, tuginedes René Haüy ja Antoine César Becquereli teadmistele, kes leidsid seose mehaaniliste vahel. stress ja elektrilaeng. Nende katsed osutusid aga ebaselgeks.

Šotimaal Hunteri muuseumis asuv vaade piesokristallile ja Curie kompensaatorile näitavad otsest piesoelektrilist efekti. See oli vendade Pierre ja Jacques Curie töö, mis uuris ja määratles piesoelektrilisusega kristallstruktuure, mis tipnes Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega. See kirjeldas piesoelektrilisusega võimelisi looduslikke kristallklasse ja määratles rangelt piesoelektrilised konstandid tensoranalüüsi abil, võimaldades piesoelektrilisi seadmeid praktiliselt rakendada.

Sonari töötas Esimese maailmasõja ajal välja prantslane Paul Langevin ja tema töökaaslased, kes töötasid välja ultraheli allveelaeva detektori. Detektor koosnes õhukestest kvartskristallidest valmistatud muundurist, mis oli hoolikalt terasplaatidele liimitud, ja hüdrofonist, mis tuvastas tagasituleva kaja. Andes muundurist välja kõrgsagedusliku impulsi ja mõõtes aega, mis kulub objektilt põrkuvate helilainete kaja kuulmiseks, suutsid nad arvutada kauguse objektist. Nad kasutasid selle sonari edukaks muutmiseks piesoelektrit. Projekt tekitas aastakümneteks intensiivse arengu ja huvi piesoelektriliste seadmete vastu.

Püroelekter

Piesoelektrilisus on teatud materjalide võime akumuleerida elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. See on lineaarne elektromehaaniline interaktsioon kristalsete materjalide mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonisümmeetriaga. Sõna "piesoelektrilisus" on tuletatud kreeka sõnast "piezein", mis tähendab "pigistada või vajutada", ja kreeka sõnast "ēlektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektrilise efekti avastasid prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie 1880. aastal. See on pöörduv protsess, mis tähendab, et piesoelektrilist efekti omavatel materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis on rakendatud elektriväljast tuleneva mehaanilise pinge sisemine teke. Mõõdetavat piesoelektrit tekitavate materjalide näidete hulka kuuluvad pliitsirkonaattitanaadi kristallid. Kui staatiline struktuur deformeerub, naaseb see oma esialgsesse mõõtmesse. Vastupidiselt, kui rakendatakse välist elektrivälja, tekib pöördvõrdeline piesoelektriline efekt, mille tulemuseks on ultrahelilainete teke.

Piesoelektrilist efekti kasutatakse paljudes kasulikes rakendustes, sealhulgas heli tekitamisel ja tuvastamisel, piesoelektrilisel tindiprinteril, kõrgepinge elektri tootmisel, kellageneraatoritel ja elektroonikaseadmetel, nagu mikrokaalud, ajamiga ultrahelidüüsid ja ülipeened teravustamisseadmed. See on ka aluseks skaneerivatele sondimikroskoopidele, mida kasutatakse kujutiste lahendamiseks aatomite skaalal. Piesoelektrilisust kasutatakse ka elektrooniliselt võimendatud kitarride pikapites ja kaasaegsete elektrooniliste trummide päästikutes.

Piesoelektrit kasutatakse igapäevaselt, näiteks sädemete tekitamine gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, taskulampides, sigaretisüütajates ja mujal. Carl Linnaeus ja Franz Aepinus uurisid püroelektrilist efekti, mis kujutab endast elektripotentsiaali tekkimist reaktsioonina temperatuurimuutustele, 18. sajandi keskel, tuginedes suhte loonud René Haüy ja Antoine César Becquereli teadmistele. mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel. Kuid katsed osutusid ebaselgeks.

Šotimaal Curie kompensaatori muuseumis avanev vaade piesokristallile näitab otsest piesoelektrilist efekti. Vennad Pierre ja Jacques Curie ühendasid oma teadmised püroelektrilisusest ja selle aluseks olevatest kristallstruktuuridest, et anda alust mõista püroelektrilisust ja ennustada kristallide käitumist. Seda demonstreeriti selliste kristallide nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool mõju. Naatriumkaaliumtartraadi tetrahüdraadil ja kvartsil leiti olevat piesoelektrilisus ning deformeerumisel pinge tekitamiseks kasutati piesoelektrilist ketast. Curies liialdasid seda vastupidise piesoelektrilise efekti ennustamiseks. Vastupidise efekti tuletas matemaatiliselt termodünaamilised põhiprintsiibid Gabriel Lippmann 1881. aastal.

Curie'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid piesoelektriliste kristallide elektro-elast-mehaaniliste deformatsioonide täieliku pöörduvuse kohta. Järgnevatel aastakümnetel jäi piesoelektrilisus laboratoorseks uudishimuks, kuni sellest sai Pierre ja Marie Curie polooniumi ja raadiumi avastamise oluline tööriist. Nende töö piesoelektrilisusega kristallstruktuuride uurimisel ja määratlemisel kulmineerus Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega.

Sonari väljatöötamine oli edukas ning projekt tekitas intensiivse arengu ja huvi piesoelektriliste seadmete vastu. Järgnevatel aastakümnetel uuriti ja arendati uusi piesoelektrilisi materjale ja nende materjalide uusi rakendusi. Piesoelektrilised seadmed leidsid kodu paljudes valdkondades, näiteks keraamilised fonograafi kassetid, mis lihtsustasid mängija disaini ja muutsid odavamad, täpsemad plaadimängijad, mida oli odavam hooldada ja lihtsam ehitada. Ultrahelimuundurite väljatöötamine võimaldas hõlpsalt mõõta vedelike ja tahkete ainete viskoossust ja elastsust, mille tulemuseks on tohutu edusamm materjalide uurimisel. Ultraheli ajadomeeni reflektomeetrid saadavad materjalisse ultraheliimpulsi ning mõõdavad peegeldusi ja katkestusi, et leida valumetallist ja kivist esemete sees vigu, parandades konstruktsiooni ohutust.

Piesoelektrilised materjalid

Selles jaotises käsitlen materjale, millel on piesoelektriline efekt, mis on teatud materjalide võime akumuleerida elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. Ma vaatan kristalle, keraamikat, bioloogilist ainet, luud, DNA-d ja valke ning seda, kuidas need kõik reageerivad piesoelektrilisele efektile.

kristallid

Piesoelektrilisus on teatud materjalide võime akumuleerida elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. Sõna piesoelektrilisus on tuletatud kreekakeelsetest sõnadest πιέζειν (piezein), mis tähendab 'pigistada' või 'pressi, ja ἤλεκτρον (ēlektron), mis tähendab 'merevaigust', iidset elektrilaengu allikat. Piesoelektriliste materjalide hulka kuuluvad kristallid, keraamika, bioloogiline aine, luu, DNA ja valgud.

Piesoelektrilisus on lineaarne elektromehaaniline interaktsioon mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonsümmeetriaga kristalsetes materjalides. See efekt on pöörduv, mis tähendab, et piesoelektrilisusega materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis kujutab endast mehaanilise pinge sisemist genereerimist, mis tuleneb rakendatud elektriväljast. Mõõdetavat piesoelektrivõimet tekitavate materjalide näidete hulka kuuluvad pliitsirkonaattitanaadi kristallid, mis võivad deformeeruda esialgse mõõtmeni või vastupidi, muuta nende staatilist mõõdet välise elektrivälja rakendamisel. Seda nimetatakse piesoelektriliseks pöördefektiks ja seda kasutatakse ultrahelilainete tekitamiseks.

Prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie avastasid piesoelektri 1880. aastal. Piesoelektrilist efekti on kasutatud mitmesuguste kasulike rakenduste jaoks, sealhulgas heli tekitamiseks ja tuvastamiseks, piesoelektriliseks tindiprinteriks, kõrgepinge elektri tootmiseks, kellageneraatoriteks ja elektroonikaseadmeteks, nagu näiteks heli tekitamine ja tuvastamine. mikrokaaludena, ajami ultrahelidüüsid ja ülipeened teravustamisoptilised sõlmed. See on ka aluseks skaneerivatele sondimikroskoopidele, mida kasutatakse kujutiste lahendamiseks aatomite skaalal. Piesoelektrilisi pikape kasutatakse ka elektrooniliselt võimendatud kitarrides ja päästikuid kaasaegsetes elektroonilistes trummides.

Piesoelektri saab igapäevaselt kasutada sädemete tekitamiseks, et süüdata gaas toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, aga ka tõrvikutes ja sigaretisüütajates. Carl Linnaeus ja Franz Aepinus uurisid püroelektrilist efekti, mis kujutab endast elektrilise potentsiaali tekkimist vastusena temperatuurimuutustele, 18. sajandi keskel, tuginedes René Haüy ja Antoine César Becquereli teadmistele, kes väitsid seost mehaaniliste seadmete vahel. stress ja elektrilaeng. Katsed selle teooria tõestamiseks olid ebaselged.

Šotimaal Hunteri muuseumis asuva Curie kompensaatori piesokristalli vaade näitab otsest piesoelektrilist efekti. Vennad Pierre ja Jacques Curie ühendasid oma teadmised püroelektrilisusest nende aluseks olevate kristallstruktuuride mõistmisega, et anda alust püroelektri ennustamiseks. Nad suutsid ennustada kristallide käitumist ja näitasid mõju kristallidele, nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool. Naatriumkaaliumtartraadi tetrahüdraat ja kvarts näitasid samuti piesoelektrilisust. Piesoelektriline ketas tekitab deformeerumisel pinget; kujumuutus on Curie’de meeleavalduses kõvasti liialdatud.

Samuti suutsid nad ennustada vastupidist piesoelektrilist efekti ja tuletada matemaatiliselt selle taga olevad termodünaamilised põhiprintsiibid. Gabriel Lippmann tegi seda 1881. aastal. Curies'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid piesoelektriliste kristallide elektro-elast-mehaaniliste deformatsioonide täieliku pöörduvuse kohta.

Piesoelektriliste seadmete praktiline rakendamine sonaris töötati välja I maailmasõja ajal. Prantsusmaal töötas Paul Langevin ja tema töökaaslased välja ultraheli allveelaeva detektori. See detektor koosnes õhukestest kvartskristallidest valmistatud muundurist, mis oli hoolikalt terasplaatidele liimitud, mida kutsuti hüdrofoniks, et tuvastada pärast kõrgsagedusliku impulsi väljastamist tagastatud kaja. Mõõtes aega, mis kulub objektilt tagasi põrkuvate helilainete kaja kuulmiseks, suutsid nad arvutada kauguse objektist. Piesoelektri kasutamine sonaris oli edukas ning projekt tekitas aastakümnete jooksul intensiivse arengu ja huvi piesoelektriliste seadmete vastu.

Keraamika

Piesoelektrilised materjalid on tahked ained, mis akumuleerivad elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. Piesoelektrilisus on tuletatud kreekakeelsetest sõnadest πιέζειν (piezein), mis tähendab 'pigistada' või 'pressi, ja ἤλεκτρον (ēlektron), mis tähendab 'merevaigust', iidset elektrilaengu allikat. Piesoelektrilisi materjale kasutatakse mitmesugustes rakendustes, sealhulgas heli tekitamisel ja tuvastamisel, piesoelektrilisel tindiprinteril ja kõrgepinge elektri tootmisel.

Piesoelektrilisi materjale leidub kristallides, keraamikas, bioloogilises aines, luus, DNA-s ja valkudes. Keraamika on kõige levinumad piesoelektrilised materjalid, mida kasutatakse igapäevastes rakendustes. Keraamika on valmistatud metallioksiidide, näiteks pliitsirkonaattitanaadi (PZT) kombinatsioonist, mida kuumutatakse tahke aine moodustamiseks kõrgel temperatuuril. Keraamika on väga vastupidav ja talub äärmuslikke temperatuure ja rõhku.

Piesoelektrilist keraamikat kasutatakse mitmel erineval viisil, sealhulgas:

• Sädemete tekitamine gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes (nt taskulambid ja sigaretisüütajad).
• Ultrahelilainete genereerimine meditsiiniliseks pildistamiseks.
• Kõrgepinge elektri tootmine kellageneraatoritele ja elektroonikaseadmetele.
• Mikrokaalude genereerimine täppiskaalumiseks.
• Ultraheli düüsid optiliste sõlmede ülipeeneks teravustamiseks.
• Aluse loomine skaneerivate sondimikroskoopide jaoks, mis suudavad pilte lahendada aatomite skaalal.
• Pikapid elektrooniliselt võimendatud kitarridele ja trigerid kaasaegsetele elektroonilistele trummidele.

Piesoelektrilist keraamikat kasutatakse paljudes rakendustes, alates olmeelektroonikast kuni meditsiinilise pildistamiseni. Need on väga vastupidavad ja taluvad äärmuslikke temperatuure ja rõhku, mistõttu sobivad need ideaalselt kasutamiseks erinevates tööstusharudes.

Bioloogiline aine

Piesoelektrilisus on teatud materjalide võime akumuleerida elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. See on tuletatud kreeka sõnast "piezein", mis tähendab "pigistada või vajutada", ja "ēlektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Bioloogilised ained, nagu luu, DNA ja valgud, kuuluvad piesoelektrilisusega materjalide hulka. See efekt on pöörduv, mis tähendab, et piesoelektrilisusega materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis kujutab endast mehaanilise pinge sisemist genereerimist, mis tuleneb rakendatud elektriväljast. Nende materjalide näidete hulka kuuluvad pliitsirkonaattitanaadi kristallid, mis tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur on algsest mõõtmest deformeerunud. Vastupidiselt, kui rakendatakse välist elektrivälja, muudavad kristallid oma staatilist mõõdet, tekitades ultrahelilaineid pöördpiesoelektrilise efekti kaudu.

Piesoelektrilisuse avastasid prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie 1880. aastal. Sellest ajast alates on seda kasutatud mitmesugustel kasulikel rakendustel, näiteks:

• Heli tekitamine ja tuvastamine
• Piesoelektriline tindiprintimine
• Kõrgepinge elektri tootmine
• Kellageneraator
• Elektroonilised seadmed
• Mikrokaalud
• Käivitage ultrahelidüüsid
• Ülipeened fokusseerivad optilised sõlmed
• Moodustab skaneerivate sondimikroskoopide alust
• Lahendada pilte aatomite skaalal
• Pikapid elektrooniliselt võimendatud kitarridel
• Päästikud kaasaegsetes elektroonilistes trummides

Piesoelektrienergiat kasutatakse ka igapäevastes esemetes, nagu gaasiküpsetus- ja kütteseadmed, taskulambid, sigaretisüütajad ja palju muud. Püroelektrilist efekti, mis on elektrilise potentsiaali teke vastuseks temperatuurimuutusele, uurisid Carl Linnaeus ja Franz Aepinus 18. sajandi keskel. René Haüy ja Antoine César Becquereli teadmistele tuginedes leidsid nad seose mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel, kuid nende katsed osutusid ebaselgeks.

Piesokristalli vaade Šotimaa Hunteri muuseumi Curie kompensaatoris näitab otsest piesoelektrilist efekti. Vennad Pierre ja Jacques Curie ühendasid oma teadmised püroelektrilisusest ja nende aluseks olevatest kristallstruktuuridest, et anda alust ennustada püroelektrilisust ja ennustada kristallide käitumist. Seda näitas kristallide, nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool, mõju. Naatrium- ja kaaliumtartraadi tetrahüdraat ja kvarts näitasid samuti piesoelektrilisust ning deformeerumisel kasutati pinge tekitamiseks piesoelektrilist ketast. Curies'd liialdasid seda efekti, et ennustada vastupidist piesoelektrilist efekti. Vastupidise efekti tuletas matemaatiliselt termodünaamiliste põhimõtete põhjal Gabriel Lippmann 1881. aastal.

Curie'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid piesoelektriliste kristallide elektro-elast-mehaaniliste deformatsioonide täieliku pöörduvuse kohta. Piesoelektrienergia jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuni sellest sai Pierre ja Marie Curie polooniumi ja raadiumi avastamise oluline tööriist. Nende töö piesoelektriga kristallstruktuuride uurimisel ja määratlemisel kulmineerus Woldemar Voigti raamatu "Lehrbuch der Kristallphysik" (kristallfüüsika õpik) avaldamisega.

luu

Piesoelektrilisus on teatud materjalide võime akumuleerida elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. Luu on üks selline materjal, millel see nähtus ilmneb.

Luu on teatud tüüpi bioloogiline aine, mis koosneb valkudest ja mineraalidest, sealhulgas kollageenist, kaltsiumist ja fosforist. See on kõigist bioloogilistest materjalidest kõige piesoelektrilisem ja on mehaanilise koormuse korral võimeline tekitama pinget.

Piesoelektriline efekt luus on selle ainulaadse struktuuri tulemus. See koosneb kollageenikiudude võrgustikust, mis on põimitud mineraalide maatriksisse. Kui luu on allutatud mehaanilisele pingele, liiguvad kollageenkiud, põhjustades mineraalide polariseerumist ja tekitades elektrilaengu.

Piesoelektrilisel efektil luus on mitmeid praktilisi rakendusi. Seda kasutatakse luumurdude ja muude kõrvalekallete tuvastamiseks meditsiinilises kuvamises, näiteks ultraheli- ja röntgenpildis. Seda kasutatakse ka luu juhtivuse kuuldeaparaatides, mis kasutavad piesoelektrilist efekti helilainete muundamiseks elektrilisteks signaalideks, mis saadetakse otse sisekõrva.

Piesoelektrilist efekti luus kasutatakse ka ortopeedilistes implantaatides, näiteks tehisliigeste ja jäsemete proteesides. Implantaadid kasutavad piesoelektrilist efekti mehaanilise energia muundamiseks elektrienergiaks, mida seejärel kasutatakse seadme toiteks.

Lisaks uuritakse luus esinevat piesoelektrilist efekti, et kasutada seda uute meditsiiniliste ravimeetodite väljatöötamisel. Näiteks uurivad teadlased piesoelektri kasutamist luude kasvu stimuleerimiseks ja kahjustatud koe parandamiseks.

Üldiselt on piesoelektriline efekt luus põnev nähtus, millel on lai valik praktilisi rakendusi. Seda kasutatakse mitmesugustes meditsiinilistes ja tehnoloogilistes rakendustes ning seda uuritakse uute ravimeetodite väljatöötamiseks.

DNA

Piesoelektrilisus on teatud materjalide võime akumuleerida elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. DNA on üks selline materjal, millel see toime avaldub. DNA on bioloogiline molekul, mida leidub kõigis elusorganismides ja mis koosneb neljast nukleotiidalusest: adeniin (A), guaniin (G), tsütosiin (C) ja tümiin (T).

DNA on keeruline molekul, mida saab kasutada elektrilaengu tekitamiseks mehaanilise stressi korral. See on tingitud asjaolust, et DNA molekulid koosnevad kahest nukleotiidide ahelast, mida hoiavad koos vesiniksidemed. Kui need sidemed katkevad, tekib elektrilaeng.

DNA piesoelektrilist efekti on kasutatud mitmesugustes rakendustes, sealhulgas:

• Elektrienergia tootmine meditsiiniliste implantaatide jaoks
• Mehaaniliste jõudude tuvastamine ja mõõtmine rakkudes
• Nanomõõtmeliste andurite väljatöötamine
• Biosensorite loomine DNA sekveneerimiseks
• Ultrahelilainete genereerimine pildistamiseks

Samuti uuritakse DNA piesoelektrilist efekti selle potentsiaalseks kasutamiseks uute materjalide, näiteks nanojuhtmete ja nanotorude väljatöötamisel. Neid materjale saab kasutada mitmesugusteks rakendusteks, sealhulgas energia salvestamiseks ja tuvastamiseks.

DNA piesoelektrilist toimet on põhjalikult uuritud ja on leitud, et see on väga tundlik mehaanilise stressi suhtes. See muudab selle väärtuslikuks tööriistaks teadlastele ja inseneridele, kes soovivad välja töötada uusi materjale ja tehnoloogiaid.

Kokkuvõtteks võib öelda, et DNA on materjal, millel on piesoelektriline efekt, mis on võime akumuleerida elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. Seda efekti on kasutatud mitmesugustes rakendustes, sealhulgas meditsiinilistes implantaatides, nanoskaala andurites ja DNA sekveneerimises. Samuti uuritakse selle võimalikku kasutamist uute materjalide, näiteks nanojuhtmete ja nanotorude väljatöötamisel.

Valgud

Piesoelektrilisus on teatud materjalide võime akumuleerida elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. Seda mõju avaldavad piesoelektrilised materjalid, nagu valgud, kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA. Eelkõige on valgud ainulaadne piesoelektriline materjal, kuna need koosnevad aminohapete keerulisest struktuurist, mida saab elektrilaengu tekitamiseks deformeerida.

Valgud on kõige levinum piesoelektrilise materjali tüüp ja neid leidub mitmel kujul. Neid võib leida ensüümide, hormoonide ja antikehade kujul, samuti struktuursete valkude kujul nagu kollageen ja keratiin. Valke leidub ka lihasvalkude kujul, mis vastutavad lihaste kokkutõmbumise ja lõõgastumise eest.

Valkude piesoelektriline toime tuleneb asjaolust, et need koosnevad keerulisest aminohapete struktuurist. Kui need aminohapped on deformeerunud, tekitavad nad elektrilaengu. Seda elektrilaengut saab seejärel kasutada mitmesuguste seadmete, näiteks andurite ja täiturmehhanismide toiteks.

Valke kasutatakse ka mitmesugustes meditsiinilistes rakendustes. Nende abil tuvastatakse näiteks teatud valkude olemasolu organismis, mille abil saab diagnoosida haigusi. Neid kasutatakse ka teatud bakterite ja viiruste olemasolu tuvastamiseks, mida saab kasutada infektsioonide diagnoosimiseks.

Valke kasutatakse ka mitmesugustes tööstuslikes rakendustes. Näiteks kasutatakse neid andurite ja ajamite loomiseks mitmesuguste tööstuslike protsesside jaoks. Neid kasutatakse ka materjalide loomiseks, mida saab kasutada lennukite ja muude sõidukite ehitamisel.

Kokkuvõtteks võib öelda, et valgud on ainulaadne piesoelektriline materjal, mida saab kasutada mitmesugustes rakendustes. Need koosnevad keerukast aminohapete struktuurist, mida saab elektrilaengu tekitamiseks deformeerida, ning neid kasutatakse mitmesugustes meditsiinilistes ja tööstuslikes rakendustes.

Energia kogumine piesoelektriga

Selles jaotises käsitlen seda, kuidas piesoelektrienergiat energia kogumiseks kasutada. Vaatlen piesoelektri erinevaid rakendusi, alates piesoelektrilisest tindiprinteri printimisest kuni kellageneraatorite ja mikrokaaludeni. Samuti uurin piesoelektri ajalugu alates Pierre Curie avastamisest kuni selle kasutamiseni Teises maailmasõjas. Lõpuks räägin piesoelektritööstuse hetkeseisust ja edasise kasvu potentsiaalist.

Piesoelektriline tindiprintimine

Piesoelektrilisus on teatud materjalide võime tekitada elektrilaeng vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. Sõna "piesoelektrilisus" on tuletatud kreeka sõnadest "piezein" (pigistada või vajutada) ja "elektron" (merevaik), iidne elektrilaengu allikas. Piesoelektrilisi materjale, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA, kasutatakse mitmesugustes rakendustes.

Piesoelektrienergiat kasutatakse kõrgepinge elektri tootmiseks, kella generaatorina, elektroonikaseadmetes ja mikrokaaludes. Seda kasutatakse ka ultrahelidüüside ja ülipeente teravustamisoptiliste sõlmede juhtimiseks. Piesoelektriline tindiprinter on selle tehnoloogia populaarne rakendus. See on printimistüüp, mis kasutab piesoelektrilisi kristalle kõrgsagedusliku vibratsiooni tekitamiseks, mida kasutatakse tindipiiskade lehele väljutamiseks.

Piesoelektri avastamine pärineb aastast 1880, mil Prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie avastasid selle efekti. Sellest ajast peale on piesoelektrilist efekti kasutatud mitmesuguste kasulike rakenduste jaoks. Piesoelektrienergiat kasutatakse igapäevastes esemetes, nagu gaasiküpsetus- ja kütteseadmed, taskulambid, sigaretisüütajad ja elektrooniliselt võimendatud kitarride pikapid ning kaasaegsete elektrooniliste trummide päästikud.

Piesoelektrienergiat kasutatakse ka teadusuuringutes. See on skaneerivate sondimikroskoopide aluseks, mida kasutatakse kujutiste lahendamiseks aatomite skaalal. Seda kasutatakse ka ultraheli aja domeeni reflektomeetrites, mis saadavad ultraheliimpulsse materjali ja mõõdavad peegeldusi, et tuvastada katkestusi ja leida vigu valatud metallist ja kivist esemete sees.

Piesoelektriliste seadmete ja materjalide väljatöötamise taga on vajadus parema jõudluse ja lihtsamate tootmisprotsesside järele. Ameerika Ühendriikides on piesoelektritööstuse kasvu peamiseks teguriks olnud kvartskristallide väljatöötamine kaubanduslikuks kasutamiseks. Seevastu Jaapani tootjad on suutnud kiiresti teavet jagada ja uusi rakendusi välja töötada, mis toob kaasa Jaapani turu kiire kasvu.

Piesoelekter on muutnud meie energiakasutusviisi, alates igapäevastest asjadest, nagu tulemasinad, kuni täiustatud teadusuuringuteni. See on mitmekülgne tehnoloogia, mis on võimaldanud meil uurida ja arendada uusi materjale ja rakendusi ning see jääb meie elu oluliseks osaks veel aastaid.

Kõrgepinge elektri tootmine

Piesoelektrilisus on teatud tahkete materjalide võime akumuleerida elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. Sõna "piesoelektrilisus" on tuletatud kreeka sõnadest "piezein", mis tähendab "pigistada" või "press" ja "ēlektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat. Piesoelektrilisus on lineaarne elektromehaaniline interaktsioon mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonsümmeetriaga kristalsetes materjalides.

Piesoelektriline efekt on pöörduv protsess; piesoelektrilisusega materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mehaanilise pinge sisemine genereerimine, mis tuleneb rakendatud elektriväljast. Näiteks plii tsirkonaattitanaadi kristallid tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur on algsest mõõtmest deformeerunud. Vastupidiselt võivad kristallid muuta oma staatilist mõõdet, kui rakendatakse välist elektrivälja – nähtust, mida tuntakse piesoelektrilise pöördefektina ja mida kasutatakse ultrahelilainete tootmisel.

Piesoelektrilist efekti kasutatakse mitmesugustes rakendustes, sealhulgas kõrgepinge elektri tootmisel. Piesoelektrilisi materjale kasutatakse heli tootmisel ja tuvastamisel, piesoelektrilistes tindiprinterites, kellageneraatorites, elektroonikaseadmetes, mikrokaaludes, ajami ultrahelipihustites ja ülipeente teravustamise optilistes sõlmedes.

Piesoelektrienergiat kasutatakse ka igapäevastes rakendustes, näiteks sädemete tekitamisel gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, tõrvikutes, sigaretisüütajates ja püroelektrilise efektiga materjalides, mis tekitavad temperatuurimuutustele reageerides elektripotentsiaali. Seda efekti uurisid Carl Linnaeus ja Franz Aepinus 18. sajandi keskel, tuginedes René Haüy ja Antoine César Becquereli teadmistele, kes väitsid seost mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel, kuigi nende katsed osutusid ebaselgeks.

Kombineeritud teadmised püroelektrilisusest ja selle aluseks olevate kristallstruktuuride mõistmine andsid aluse püroelektrilisuse ennustamisele ja võime ennustada kristallide käitumist. Seda näitas kristallide, nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool, mõju. Naatriumkaaliumtartraadi tetrahüdraat ja kvarts näitasid samuti piesoelektrilisust ning deformeerumisel kasutati pinge tekitamiseks piesoelektrilist ketast. See oli Curies'de otsese piesoelektrilise efekti demonstreerimisel tugevalt liialdatud.

Vennad Pierre ja Jacques Curie leidsid kvantitatiivseid tõendeid piesoelektriliste kristallide elektro-elast-mehaaniliste deformatsioonide täieliku pöörduvuse kohta. Piesoelektrilisus jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuid Pierre ja Marie Curie poolt polooniumi ja raadiumi avastamisel oli see oluline tööriist. Nende töö piesoelektriga kristallstruktuuride uurimiseks ja määratlemiseks kulmineerus Woldemar Voigti Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega, mis kirjeldas piesoelektrivõimelisi looduslikke kristalliklasse ja määratles rangelt piesoelektrilised konstandid, kasutades tensoranalüüsi.

Piesoelektriliste seadmete praktiline rakendamine sai alguse sonari väljatöötamisest I maailmasõja ajal. Prantsusmaal töötas Paul Langevin ja tema kaastöötajad välja ultraheli allveelaeva detektori. Detektor koosnes õhukestest kvartskristallidest valmistatud muundurist, mis oli hoolikalt terasplaatidele liimitud, ja hüdrofonist, mis tuvastas tagasituleva kaja. Andes muundurist välja kõrgsagedusliku impulsi ja mõõtes aega, mis kulub objektilt põrkuvate helilainete kaja kuulmiseks, suutsid nad arvutada objekti kauguse. Nad kasutasid sonari edu saavutamiseks piesoelektrienergiat ning projekt tekitas järgnevate aastakümnete jooksul intensiivse arengu ja huvi piesoelektriliste seadmete vastu.

Uuriti ja arendati uusi piesoelektrilisi materjale ja nende materjalide uusi rakendusi. Piesoelektrilised seadmed leidsid kodu erinevates valdkondades, näiteks keraamilised fonograafi kassetid, mis lihtsustasid pleieri disaini ja muutsid odavamad, täpsemad plaadimängijad, mida oli odavam hooldada ja lihtsam ehitada. Ultrahelimuundurite väljatöötamine võimaldas hõlpsalt mõõta vedelike ja tahkete ainete viskoossust ja elastsust, mille tulemuseks on tohutu edusamm materjalide uurimisel. Ultraheli ajadomeeni reflektomeetrid saadavad materjalisse ultraheliimpulsi ning mõõdavad peegeldusi ja katkestusi, et leida valumetallist ja kivist esemete sees vigu, parandades konstruktsiooni ohutust.

Teises maailmasõjas avastasid sõltumatud uurimisrühmad Ameerika Ühendriikides, Venemaal ja Jaapanis uue sünteetiliste materjalide klassi, mida nimetatakse fer.

Kella generaator

Piesoelektrilisus on teatud materjalide võime akumuleerida elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. Seda nähtust on kasutatud mitmete kasulike rakenduste, sealhulgas kellageneraatorite loomiseks. Kellageneraatorid on seadmed, mis kasutavad piesoelektrit, et genereerida täpse ajastusega elektrilisi signaale.

Kellageneraatoreid kasutatakse mitmesugustes rakendustes, näiteks arvutites, telekommunikatsioonis ja autosüsteemides. Neid kasutatakse ka meditsiiniseadmetes, näiteks südamestimulaatorites, et tagada elektrisignaalide täpne ajastus. Kellageneraatoreid kasutatakse ka tööstusautomaatikas ja robootikas, kus täpne ajastus on hädavajalik.

Piesoelektriline efekt põhineb mehaaniliste ja elektriliste olekute lineaarsel elektromehaanilisel interaktsioonil inversioonsümmeetriaga kristalsetes materjalides. See efekt on pöörduv, mis tähendab, et piesoelektriga materjalid võivad elektrivälja rakendamisel tekitada ka mehaanilist pinget. Seda nimetatakse piesoelektriliseks pöördefektiks ja seda kasutatakse ultrahelilainete tekitamiseks.

Kellageneraatorid kasutavad seda pöördvõrdelist piesoelektrilist efekti täpse ajastusega elektriliste signaalide genereerimiseks. Piesoelektriline materjal deformeerub elektrivälja toimel, mis paneb selle teatud sagedusel vibreerima. See vibratsioon muundatakse seejärel elektrisignaaliks, mida kasutatakse täpse ajastussignaali genereerimiseks.

Kellageneraatoreid kasutatakse mitmesugustes rakendustes alates meditsiiniseadmetest kuni tööstusautomaatikani. Need on usaldusväärsed, täpsed ja hõlpsasti kasutatavad, mistõttu on need paljude rakenduste jaoks populaarsed. Piesoelekter on tänapäevase tehnoloogia oluline osa ja kellageneraatorid on vaid üks selle nähtuse paljudest rakendustest.

Elektroonilised seadmed

Piesoelektrilisus on teatud tahkete materjalide võime akumuleerida elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. Seda fenomeni, mida tuntakse piesoelektrilise efektina, kasutatakse mitmesugustes elektroonikaseadmetes, alates elektrooniliselt võimendatud kitarride helisignaalidest kuni tänapäevaste elektrooniliste trummide päästikuteni.

Piesoelektrilisus on tuletatud kreeka sõnadest πιέζειν (piezein), mis tähendab "pigistada" või "press" ja ἤλεκτρον (ēlektron), mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat. Piesoelektrilised materjalid on kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA valgud, millel on piesoelektriline efekt.

Piesoelektriline efekt on lineaarne elektromehaaniline interaktsioon mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonisümmeetriaga kristalsetes materjalides. See on pöörduv protsess, mis tähendab, et piesoelektrilist efekti omavatel materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis kujutab endast mehaanilise pinge sisemist genereerimist, mis tuleneb rakendatud elektriväljast. Näiteks plii tsirkonaattitanaadi kristallid tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur on algsest mõõtmest deformeerunud. Vastupidiselt võivad kristallid muuta oma staatilist mõõdet, kui rakendatakse välist elektrivälja – nähtust, mida tuntakse piesoelektrilise pöördefektina ja mida kasutatakse ultrahelilainete tootmisel.

Piesoelektri avastamise eest on pannud prantsuse füüsikud Pierre ja Jacques Curie, kes demonstreerisid otsest piesoelektriefekti 1880. aastal. Nende kombineeritud teadmised püroelektrilisusest ja nende aluseks olevate kristallstruktuuride mõistmine võimaldasid ennustada püroelektrilist efekti ja ennustada. kristallide käitumist demonstreeriti selliste kristallide nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool mõjuga.

Piesoelektrienergiat on kasutatud mitmesugustes igapäevastes rakendustes, näiteks sädemete tekitamisel gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, tõrvikutes, sigaretisüütajates ja püroelektrilise efektiga materjalides, mis tekitavad temperatuurimuutustele elektripotentsiaali. Seda uurisid Carl Linnaeus ja Franz Aepinus 18. sajandi keskel, tuginedes René Haüy ja Antoine César Becquereli teadmistele, kes väitsid seost mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel. Katsed osutusid siiski ebaselgeks, kuni Šotimaal asuva Curie kompensaatori muuseumi piesokristalli vaade näitas Curie vendade otsest piesoelektrilist efekti.

Piesoelektrit kasutatakse mitmesugustes elektroonikaseadmetes, alates elektrooniliselt võimendatud kitarride helisignaalidest kuni tänapäevaste elektrooniliste trummide päästikuteni. Seda kasutatakse ka heli tootmisel ja tuvastamisel, piesoelektrilisel tindiprinteril, kõrgepinge elektri tootmisel, kellageneraatoritel, mikrokaaludel, ajami ultrahelipihustites ja ülipeente teravustamisseadmetega optilistes sõlmedes. Piesoelektrilisus on aluseks ka skaneerivatele sondimikroskoopidele, mida kasutatakse kujutiste lahendamiseks aatomite skaalal.

Mikrotasakaalud

Piesoelektrilisus on teatud tahkete materjalide võime akumuleerida elektrilaengut vastuseks rakendatud mehaanilisele pingele. Piesoelektrilisus tuleneb kreekakeelsetest sõnadest πιέζειν (piezein), mis tähendab "pigistada" või "press", ja ἤλεκτρον (ēlektron), mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektrienergiat kasutatakse mitmesugustes igapäevastes rakendustes, nagu näiteks sädemete tekitamine gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, taskulampides, sigaretisüütajates ja mujal. Seda kasutatakse ka heli tootmisel ja tuvastamisel ning piesoelektrilisel tindiprinteril.

Piesoelektrienergiat kasutatakse ka kõrgepinge elektri tootmiseks ning see on kellageneraatorite ja elektroonikaseadmete, näiteks mikrokaalude, aluseks. Piesoelektrit kasutatakse ka ultrahelidüüside ja ülipeente teravustamisoptiliste sõlmede juhtimiseks.

Piesoelektrilisuse avastamise eest panid aluse prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie 1880. aastal. Vennad Curie'd ühendasid oma teadmised püroelektrist ja arusaamad selle aluseks olevatest kristallstruktuuridest, et luua piesoelektri kontseptsioon. Nad suutsid ennustada kristallide käitumist ja näitasid mõju kristallidele, nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool.

Piesoelektrilist efekti kasutati kasulikeks rakendusteks, sealhulgas heli tekitamiseks ja tuvastamiseks. Sonari arendamine I maailmasõja ajal oli suur läbimurre piesoelektri kasutamisel. Pärast Teist maailmasõda avastasid sõltumatud uurimisrühmad Ameerika Ühendriikides, Venemaal ja Jaapanis uue sünteetiliste materjalide klassi, mida nimetatakse ferroelektrideks, mille piesoelektrilised konstandid olid kuni kümme korda suuremad kui looduslikel materjalidel.

See tõi kaasa baariumtitanaadi ja hiljem plii tsirkonaattitanaadi materjalide intensiivse uurimise ja arendamise, millel olid konkreetsete rakenduste jaoks spetsiifilised omadused. Märkimisväärne näide piesoelektriliste kristallide kasutamisest töötati välja Bell Telephone Laboratories pärast Teist maailmasõda.

Raadiotelefonitehnika osakonnas töötav Frederick R. Lack töötas välja lõigatud kristalli, mis töötas laias temperatuurivahemikus. Lacki kristall ei vajanud varasemate kristallide raskeid tarvikuid, mis hõlbustas selle kasutamist lennukites. See areng võimaldas liitlaste õhujõududel korraldada lennuraadio abil koordineeritud massirünnakuid.

Piesoelektriliste seadmete ja materjalide arendamine Ameerika Ühendriikides hoidis mitut ettevõtet äris ning kvartskristallide väljatöötamist kasutati äriliselt ära. Piesoelektrilisi materjale on sellest ajast alates kasutatud mitmesugustes rakendustes, sealhulgas meditsiinilises pildistamises, ultrahelipuhastuses ja mujal.

Drive Ultraheli otsik

Piesoelektrilisus on elektrilaeng, mis koguneb teatud tahketesse materjalidesse, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA. See on reaktsioon rakendatud mehaanilisele pingele ja on tuletatud kreeka sõnadest "piezein", mis tähendab "pigistada" või "pressida", ja "elektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektriline efekt on lineaarne elektromehaaniline interaktsioon kristalsete materjalide mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonsümmeetriaga. See on pöörduv protsess, mis tähendab, et piesoelektrilist efekti omavatel materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis kujutab endast mehaanilise pinge sisemist genereerimist, mis tuleneb rakendatud elektriväljast. Selle näiteks on plii tsirkonaattitanaadi kristallid, mis tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur deformeerub algsest mõõtmest. Seevastu välise elektrivälja rakendamisel muudavad kristallid oma staatilist mõõdet, mille tulemuseks on pöördvõrdeline piesoelektriline efekt, mis on ultrahelilainete teke.

Prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie avastasid piesoelektri 1880. aastal ja sellest ajast alates on seda kasutatud mitmesuguste kasulike rakenduste jaoks, sealhulgas heli tekitamiseks ja tuvastamiseks. Piesoelektri kasutatakse ka igapäevaselt, näiteks sädemete tekitamine gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, tõrvikutes, sigaretisüütajates ja mujal.

Püroelektrilist efekti, mis on materjal, mis tekitab vastuseks temperatuurimuutusele elektripotentsiaali, uurisid Carl Linnaeus, Franz Aepinus ja 18. sajandi keskpaik, ammutades teadmisi René Haüylt ja Antoine César Becquerelilt, kes leidsid seose mehaanilise pinge ja vahel. elektrilaeng. Eksperimendid selle tõestamiseks olid ebaselged.

Šotimaal Hunteriani muuseumi Curie kompensaatoris olev vaade piesokristallile on otsene piesoelektrilise efekti demonstratsioon vendade Pierre ja Jacques Curie poolt. Ühendades nende teadmised püroelektrilisusest ja mõistmise aluseks olevatest kristallstruktuuridest, tekkis püroelektrilisuse ennustus ja see võimaldas neil ennustada kristallide käitumist. Seda demonstreeriti selliste kristallide nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool mõjuga. Naatrium- ja kaaliumtartraadi tetrahüdraat ja kvarts näitasid samuti piesoelektrilisust ning deformeerumisel kasutati pinge tekitamiseks piesoelektrilist ketast. Seda liialdasid Curies'd, et ennustada vastupidist piesoelektrilist efekti, mille Gabriel Lippmann 1881. aastal matemaatiliselt tuletas termodünaamiliste põhiprintsiipidest.

Curie'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid piesoelektriliste kristallide elektro-elast-mehaaniliste deformatsioonide täieliku pöörduvuse kohta. Piesoelektrilisus jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuid oli oluline vahend polooniumi ja raadiumi avastamisel Pierre ja Marie Curie poolt nende töös, mille eesmärk oli uurida ja määratleda piesoelektrilisusega kristallstruktuure. See kulmineerus Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega, mis kirjeldas piesoelektrivõimelisi looduslikke kristalliklasse ja määratles rangelt piesoelektrilised konstandid tensoranalüüsi abil.

Piesoelektriliste seadmete praktiline rakendamine sai alguse sonarist, mis töötati välja I maailmasõja ajal. Prantsusmaal töötasid Paul Langevin ja tema töökaaslased välja ultraheli allveelaeva detektori. Detektor koosnes õhukestest kvartskristallidest valmistatud andurist, mis oli hoolikalt terasplaatidele liimitud ja mida kutsuti hüdrofoniks, et tuvastada pärast kõrgsagedusliku impulsi väljastamist tagastatud kaja. Mõõtes aega, mis kulub objektilt põrkuvate helilainete kaja kuulmiseks, saavad nad arvutada objekti kauguse. Piesoelektri kasutamine sonaris oli edukas ning projekt tekitas aastakümneteks intensiivse arengu ja huvi piesoelektriliste seadmete vastu.

Uuriti ja arendati uusi piesoelektrilisi materjale ja nende materjalide uusi rakendusi ning piesoelektrilised seadmed leidsid kodud sellistes valdkondades nagu keraamilised fonograafi kassetid, mis lihtsustasid pleieri disaini ning võimaldasid odavamaid ja täpsemaid plaadimängijaid, mida oli odavam hooldada ja lihtsam ehitada. . Ultrahelimuundurite väljatöötamine võimaldas hõlpsalt mõõta vedelike ja tahkete ainete viskoossust ja elastsust, mille tulemuseks on tohutu edusamm materjalide uurimisel. Ultraheli ajadomeeni reflektomeetrid saadavad ultraheliimpulsi läbi materjali ning mõõdavad peegeldusi ja katkestusi, et leida valumetallist ja kivist esemete sees vigu

Ultrapeened teravustamise optilised koostud

Piesoelektrilisus on teatud materjalide võime akumuleerida elektrilaengut mehaanilise koormuse korral. See on lineaarne elektromehaaniline interaktsioon kristalsete materjalide elektriliste ja mehaaniliste olekute vahel, millel on inversioonsümmeetria. Piesoelektrilisus on pöörduv protsess, mis tähendab, et piesoelektrilisusega materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis kujutab endast mehaanilise pinge sisemist genereerimist, mis tuleneb rakendatud elektriväljast.

Piesoelektrienergiat on kasutatud mitmesugustes rakendustes, sealhulgas heli tekitamisel ja tuvastamisel ning kõrgepinge elektri tootmisel. Piesoelektrienergiat kasutatakse ka tindiprinterites, kellageneraatorites, elektroonikaseadmetes, mikrokaaludes, ajami ultrahelipihustites ja ülipeente teravustamisseadmetes.

Piesoelektrilisuse avastasid 1880. aastal prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie. Piesoelektrilist efekti kasutatakse kasulikes rakendustes, nagu heli tekitamine ja tuvastamine ning kõrgepinge elektri tootmine. Kasutatakse ka piesoelektrilist tindiprinterit, aga ka kellageneraatoreid, elektroonikaseadmeid, mikrokaalusid, ajamiga ultrahelipihusteid ja ülipeeneid teravustamisseadmeid.

Piesoelekter on leidnud tee igapäevaseks kasutuseks, näiteks tekitades sädemeid, et süüdata gaas toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, taskulambid, sigaretisüütajad ja püroelektrilise efektiga materjalid, mis tekitavad temperatuurimuutustele elektripotentsiaali. Seda efekti uurisid Carl Linnaeus ja Franz Aepinus 18. sajandi keskel, tuginedes René Haüy ja Antoine César Becquereli teadmistele, kes leidsid seose mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel. Katsed osutusid ebaselgeks.

Šotimaal Hunteriani muuseumi Curie kompensaatoris olev vaade piesokristallile on otsene piesoelektrilise efekti demonstratsioon vendade Pierre ja Jacques Curie poolt. Koos nende teadmistega püroelektrilisusest ja nende aluskristallstruktuuride mõistmisega andsid nad aluse püroelektrilisuse ennustamisele ja võime ennustada kristallide käitumist. Seda demonstreeriti selliste kristallide nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool mõju.

Naatrium- ja kaaliumtartraadi tetrahüdraat ning kvarts ja Rochelle'i sool näitasid piesoelektrilisust ning deformatsiooni korral kasutati pinge tekitamiseks piesoelektrilist ketast, kuigi kuju muutus oli tugevalt liialdatud. Curie'd ennustasid vastupidist piesoelektrilist efekti ja vastupidise efekti tuletas matemaatiliselt termodünaamiliste põhiprintsiipide põhjal Gabriel Lippmann aastal 1881. Curie'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid elektrienergia täieliku pöörduvuse kohta. elasto-mehaanilised deformatsioonid piesoelektrilistes kristallides.

Piesoelektrienergia jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuni sellest sai Pierre ja Marie Curie polooniumi ja raadiumi avastamise oluline tööriist. Nende töö piesoelektrilisusega kristallstruktuuride uurimisel ja määratlemisel kulmineerus Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega. See kirjeldas piesoelektriliseks võimelisi looduslikke kristallklasse ja määratles rangelt piesoelektrilised konstandid, kasutades tensoranalüüsi piesoelektriliste seadmete praktiliseks rakendamiseks.

Sonari väljatöötamine oli edukas projekt, mis tekitas intensiivse arengu ja huvi piesoelektriliste seadmete vastu. Aastakümneid hiljem uuriti ja arendati uusi piesoelektrilisi materjale ja nende materjalide uusi rakendusi. Piesoelektrilised seadmed leidsid kodu erinevatest valdkondadest, näiteks keraamilised fonograafi kassetid, mis lihtsustasid pleieri disaini ja muutsid plaadimängijad odavamaks ning lihtsamaks hooldamise ja ehitamise. Ultrahelimuundurite väljatöötamine võimaldas hõlpsalt mõõta vedelike ja tahkete ainete viskoossust ja elastsust, mille tulemuseks on tohutu edusamm materjalide uurimisel. Ultraheli ajadomeeni reflektomeetrid saadavad materjalisse ultraheliimpulsi ning mõõdavad peegeldusi ja katkestusi, et leida valumetallist ja kivist esemete sees vigu, parandades konstruktsiooni ohutust.

Piesoelektrivaldkonna huvide valdkonna algust kindlustati tulusate patentidega uutele kvartskristallidest välja töötatud materjalidele, mida kasutati äriliselt piesoelektrilise materjalina. Teadlased otsisid suurema jõudlusega materjale ning hoolimata materjalide edusammudest ja tootmisprotsesside küpsemisest ei kasvanud Ameerika Ühendriikide turg kiiresti. Seevastu Jaapani tootjad jagasid teavet kiiresti ja Ameerika Ühendriikide piesoelektritööstuse uued kasvurakendused kannatasid vastupidiselt Jaapani tootjatele.

Piesoelektrilised mootorid

Selles jaotises räägin sellest, kuidas piesoelektri kasutatakse tänapäevases tehnoloogias. Piesoelektrilisusest on saanud paljude seadmete lahutamatu osa alates skaneerivatest sondimikroskoopidest, mis suudavad eraldada pilte aatomite skaalal, kuni elektrooniliselt võimendatud kitarride ja kaasaegsete elektrooniliste trummide päästikuteni. Uurin piesoelektri ajalugu ja seda, kuidas seda on erinevates rakendustes kasutatud.

Skaneerivate sondimikroskoopide vormid

Piesoelektrilisus on elektrilaeng, mis koguneb teatud tahketesse materjalidesse, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA. See on reaktsioon rakendatud mehaanilisele pingele ja sõna piesoelektrilisus pärineb kreeka sõnast πιέζειν (piezein), mis tähendab "pigistada" või "press" ja ἤλεκτρον (ēlektron), mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektrilised mootorid on seadmed, mis kasutavad liikumise tekitamiseks piesoelektrilist efekti. See efekt on lineaarne elektromehaaniline interaktsioon mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonisümmeetriaga kristalsetes materjalides. See on pöörduv protsess, mis tähendab, et piesoelektrilist efekti omavatel materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis kujutab endast mehaanilise pinge sisemist genereerimist, mis tuleneb rakendatud elektriväljast. Mõõdetavat piesoelektrit tekitavate materjalide näideteks on pliitsirkonaattitanaadi kristallid.

Piesoelektrilist efekti kasutatakse kasulikes rakendustes, nagu heli tekitamine ja tuvastamine, piesoelektriline tindiprinter, kõrgepingeelektri genereerimine, kellageneraatorid ja elektroonikaseadmed, nagu mikrokaalud ja ajami ultrahelidüüsid ülipeente optiliste sõlmede teravustamiseks. See on ka aluseks skaneerivatele sondimikroskoopidele, mida kasutatakse kujutiste lahendamiseks aatomite skaalal.

Piesoelektrilisuse avastasid 1880. aastal prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie. Šotimaal Hunteriani muuseumis saab näha vaadet piesokristallile ja Curie kompensaatorile, mis on vendade Pierre ja Jacques Curie otsese piesoelektrilise efekti demonstratsioon.

Ühendades nende teadmised püroelektrilisusest ja nende aluseks olevatest kristallstruktuuridest arusaamine, tekkis püroelektrilisuse ennustus, mis võimaldas neil ennustada kristallide käitumist. Seda näitas kristallide, nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool, mõju. Naatrium- ja kaaliumtartraattetrahüdraat ning kvarts ja Rochelle'i sool näitasid piesoelektrilisust ning deformeerumisel pinge tekitamiseks kasutati piesoelektrilist ketast, kuigi Curies'd liialdasid sellega oluliselt.

Nad ennustasid ka vastupidist piesoelektrilist efekti ja selle tuletas matemaatiliselt termodünaamiliste fundamentaalsete põhimõtete põhjal Gabriel Lippmann aastal 1881. Curies'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid elektroelastsete elementide täieliku pöörduvuse kohta. piesoelektriliste kristallide mehaanilised deformatsioonid.

Piesoelektrienergia jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuni sellest sai Pierre ja Marie Curie polooniumi ja raadiumi avastamise oluline tööriist. Nende töö piesoelektrilist kristallstruktuuride uurimiseks ja määratlemiseks kulmineerus Woldemar Voigti Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega, mis kirjeldas piesoelektrivõimelisi looduslikke kristalliklasse ning määratles rangelt piesoelektrilised konstandid ja tensorianalüüs.

See viis I maailmasõja ajal välja töötatud piesoelektriliste seadmete, näiteks sonari praktilise rakendamiseni. Prantsusmaal töötas Paul Langevin ja tema kaastöötajad välja ultraheli allveelaeva detektori. See detektor koosnes õhukestest kvartskristallidest valmistatud muundurist, mis oli hoolikalt terasplaatidele liimitud, ja hüdrofonist, mis tuvastas pärast muundurist kõrgsagedusliku impulsi väljastamist tagasituleva kaja. Mõõtes aega, mis kulub objektilt tagasi põrkuvate helilainete kaja kuulmiseks, suutsid nad arvutada objekti kauguse. Nad kasutasid selle sonari edu saavutamiseks piesoelektrienergiat ning projekt tekitas aastakümneteks intensiivse arengu ja huvi piesoelektriliste seadmete vastu.

Uuriti ja arendati uusi piesoelektrilisi materjale ja nende materjalide uusi rakendusi ning piesoelektrilised seadmed leidsid kodu paljudes valdkondades, näiteks keraamilised fonograafi kassetid, mis lihtsustasid pleieri disaini ning muutsid odavamad ja täpsemad plaadimängijad, mida oli odavam hooldada ja lihtsam. ehitama. Ultrahelimuundurite väljatöötamine võimaldas hõlpsalt mõõta vedelike ja tahkete ainete viskoossust ja elastsust, mille tulemuseks on tohutu edusamm materjalide uurimisel. Ultraheli ajadomeeni reflektomeetrid saadavad materjalisse ultraheliimpulsi ning mõõdavad peegeldusi ja katkestusi, et leida valumetallist ja kivist esemete sees vigu, parandades konstruktsiooni ohutust.

Teise maailmasõja ajal sõltumatud uurimisrühmad Ameerika Ühendriikides

Lahendage pilte aatomite skaalal

Piesoelektrilisus on elektrilaeng, mis koguneb teatud tahketesse materjalidesse, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA. See on reaktsioon rakendatud mehaanilisele pingele ja tuleneb kreekakeelsest sõnast "piezein", mis tähendab pigistamist või vajutamist. Piesoelektriline efekt tuleneb lineaarsest elektromehaanilisest interaktsioonist mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonisümmeetriaga kristalsetes materjalides.

Piesoelektrilisus on pöörduv protsess ja piesoelektrilist efekti omavatel materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis on rakendatud elektriväljast tuleneva mehaanilise pinge sisemine teke. Selle näidete hulka kuuluvad pliitsirkonaattitanaadi kristallid, mis tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur on algsest mõõtmest deformeerunud. Vastupidi, kristallid muudavad välise elektrivälja rakendamisel oma staatilist mõõdet, mida nimetatakse piesoelektriliseks pöördefektiks ja mida kasutatakse ultrahelilainete tootmisel.

Piesoelektrienergiat kasutatakse ka igapäevastes rakendustes, näiteks sädemete tekitamisel gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, tõrvikutes, sigaretisüütajates ja mujal. Püroelektrilist efekti, mis on materjal, mis tekitab temperatuurimuutusele elektripotentsiaali, uurisid Carl Linnaeus ja Franz Aepinus 18. sajandi keskel. René Haüy ja Antoine César Becquereli teadmistele tuginedes leidsid nad seose mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel, kuid nende katsed osutusid ebaselgeks.

Glasgow Hunteriani muuseumi külastajad saavad vaadata piesokristalli Curie kompensaatorit, mis näitab vendade Pierre ja Jacques Curie otsest piesoelektrilist efekti. Koos nende teadmistega püroelektrilisusest ja nende aluseks olevate kristallstruktuuride mõistmisega andsid nad aluse püroelektrilisuse ennustamisele ja võime ennustada kristallide käitumist. Seda näitas kristallide, nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool, mõju. Naatrium- ja kaaliumtartraattetrahüdraat ning kvarts ja Rochelle'i sool avaldasid piesoelektrilisust ning piesoelektriline ketas tekitab deformeerumisel pinge, kuigi kuju muutus on tugevalt liialdatud. Curie’d suutsid ennustada vastupidist piesoelektrilist efekti ja vastupidise efekti tuletas matemaatiliselt termodünaamiliste põhiprintsiipide põhjal Gabriel Lippmann 1881. aastal.

Curie'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid piesoelektriliste kristallide elektro-elast-mehaaniliste deformatsioonide täieliku pöörduvuse kohta. Piesoelektrilisus jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuid Pierre ja Marie Curie poolt polooniumi ja raadiumi avastamisel oli see oluline tööriist. Nende töö piesoelektriga kristallstruktuuride uurimisel ja määratlemisel kulmineerus Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega.

Elektrooniliselt võimendatud kitarrid

Piesoelektrimootorid on elektrimootorid, mis kasutavad piesoelektrilist efekti elektrienergia muundamiseks mehaaniliseks energiaks. Piesoelektriline efekt on teatud materjalide võime tekitada mehaanilise koormuse korral elektrilaeng. Piesoelektrilisi mootoreid kasutatakse mitmesugustes rakendustes, alates väikeste seadmete (nt kellad) toitest kuni suuremate masinate (nt robotid ja meditsiiniseadmed) toiteni.

Piesoelektrimootoreid kasutatakse elektrooniliselt võimendatud kitarrides. Need pikapid kasutavad piesoelektrilist efekti, et teisendada kitarri keelte vibratsioonid elektriliseks signaaliks. Seejärel seda signaali võimendatakse ja saadetakse võimendisse, mis tekitab kitarri heli. Piesoelektrilisi pikape kasutatakse ka tänapäevastes elektroonilistes trumlites, kus neid kasutatakse trumlipeade vibratsiooni tuvastamiseks ja nende muundamiseks elektriliseks signaaliks.

Piesoelektrimootoreid kasutatakse ka skaneerivates sondimikroskoopides, mis kasutavad piesoelektrilist efekti väikese sondi liigutamiseks üle pinna. See võimaldab mikroskoobil pilte lahendada aatomite skaalal. Piesoelektrimootoreid kasutatakse ka tindiprinterites, kus neid kasutatakse prindipea edasi-tagasi liigutamiseks üle lehe.

Piesoelektrimootoreid kasutatakse paljudes muudes rakendustes, sealhulgas meditsiiniseadmetes, autokomponentides ja olmeelektroonikas. Neid kasutatakse ka tööstuslikes rakendustes, näiteks täppisosade tootmisel ja keeruliste komponentide kokkupanemisel. Piesoelektrilist efekti kasutatakse ka ultrahelilainete tootmisel, mida kasutatakse meditsiinilises pildistamises ja materjalide vigade tuvastamisel.

Üldiselt kasutatakse piesoelektrilisi mootoreid paljudes rakendustes, alates väikeste seadmete toitest kuni suuremate masinate toiteni. Neid kasutatakse pikapides, elektrooniliselt võimendatud kitarrides, kaasaegsetes elektroonilistes trummides, skaneerivates sondimikroskoopides, tindiprinterites, meditsiiniseadmetes, autokomponentides ja olmeelektroonikas. Piesoelektrilist efekti kasutatakse ka ultrahelilainete tootmisel ja materjalide vigade tuvastamisel.

Käivitab kaasaegsed elektroonilised trummid

Piesoelektrilisus on elektrilaeng, mis koguneb teatud tahketesse materjalidesse, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA. See on nende materjalide reaktsioon rakendatud mehaanilisele pingele. Sõna piesoelektrilisus tuleneb kreekakeelsest sõnast "piezein", mis tähendab "pigistada või vajutada", ja sõnast "elektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektrilised mootorid on seadmed, mis kasutavad liikumise tekitamiseks piesoelektrilist efekti. See efekt tuleneb lineaarsest elektromehaanilisest interaktsioonist kristalsete materjalide mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel, millel on inversioonsümmeetria. See on pöörduv protsess, mis tähendab, et piesoelektrilist efekti omavatel materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis kujutab endast mehaanilise pinge sisemist genereerimist, mis tuleneb rakendatud elektriväljast. Selle näiteks on plii tsirkonaattitanaadi kristallid, mis tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur deformeerub algsest mõõtmest. Ja vastupidi, välise elektrivälja rakendamisel muudavad kristallid oma staatilist mõõdet, tekitades ultrahelilaineid.

Piesoelektrimootoreid kasutatakse mitmesugustes igapäevastes rakendustes, näiteks:

• Sädemete tekitamine gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes
• Taskulambid, sigaretisüütajad ja püroelektrilise efektiga materjalid
• Elektripotentsiaali tekitamine vastusena temperatuurimuutusele
• Heli tekitamine ja tuvastamine
• Piesoelektriline tindiprintimine
• Kõrgepinge elektri tootmine
• Kellageneraator ja elektroonikaseadmed
• Mikrokaalud
• Käivitage ultrahelidüüsid ja ülipeened teravustamisoptilised sõlmed
• Moodustab skaneerivate sondimikroskoopide alust
• Lahendada pilte aatomite skaalal
• Elektroonilise võimendusega kitarride helikorgid
• Käivitab kaasaegsed elektroonilised trummid.

Piesoelektriliste muundurite elektromehaaniline modelleerimine

Selles jaotises uurin piesoelektriliste muundurite elektromehaanilist modelleerimist. Vaatlen piesoelektri avastamise ajalugu, selle olemasolu tõestanud eksperimente ning piesoelektriliste seadmete ja materjalide arengut. Samuti räägin prantsuse füüsikute Pierre ja Jacques Curie, Carl Linnaeuse ja Franz Aepinuse, Rene Hauy ja Antoine Cesar Becquereli, Gabriel Lippmanni ja Woldemar Voigti panusest.

Prantsuse füüsikud Pierre ja Jacques Curie

Piesoelektrilisus on elektromehaaniline nähtus, kus elektrilaeng koguneb teatud tahketesse materjalidesse, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA. See laeng tekib vastusena rakendatud mehaanilisele pingele. Sõna "piesoelektrilisus" on tuletatud kreeka sõnast "piezein", mis tähendab "pigistada või vajutada", ja "elektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektriline efekt tuleneb lineaarsest elektromehaanilisest interaktsioonist mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonisümmeetriaga materjalides. See efekt on pöörduv, mis tähendab, et piesoelektrilist efekti omavatel materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, kus vastusena rakendatud elektriväljale tekib sisemine mehaaniline pinge. Näiteks plii tsirkonaattitanaadi kristallid tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur on algsest mõõtmest deformeerunud. Vastupidiselt, kui rakendatakse välist elektrivälja, muudavad kristallid oma staatilist mõõdet, tekitades ultrahelilaineid protsessis, mida tuntakse pöördpiesoelektrilise efektina.

1880. aastal avastasid prantsuse füüsikud Pierre ja Jacques Curie piesoelektrilise efekti ja sellest ajast alates on seda kasutatud mitmesuguste kasulike rakenduste jaoks, sealhulgas heli tekitamiseks ja tuvastamiseks, piesoelektriliseks tindiprinteriks, kõrgepinge elektri tootmiseks, kellageneraatoriteks ja elektroonikaseadmeteks. seadmed, nagu mikrokaalud ja ajami ultrahelidüüsid ülipeente optiliste sõlmede teravustamise jaoks. See moodustab aluse ka skaneerivate sondimikroskoopide jaoks, mis suudavad pilte lahendada aatomite skaalal. Piesoelektrilisust kasutatakse ka elektrooniliselt võimendatud kitarride pikapides ja kaasaegsete elektrooniliste trummide päästikutes.

Piesoelektri kasutatakse ka igapäevaselt, näiteks sädemete tekitamine gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, tõrvikutes, sigaretisüütajates ja mujal. Carl Linnaeus ja Franz Aepinus uurisid püroelektrilist efekti, mille puhul materjal tekitab vastusena temperatuurimuutusele elektripotentsiaali, 18. sajandi keskel, tuginedes René Hauy ja Antoine César Becquereli teadmistele, kes väitsid, et mehaanilist pinget ja elektrilaengut, kuigi nende katsed osutusid ebaselgeks.

Ühendades oma teadmised püroelektrilisusest nende aluseks olevate kristallstruktuuride mõistmisega, suutsid Curie'd ennustada püroelektrilisust ja ennustada kristallide käitumist. Seda demonstreeriti selliste kristallide nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool mõju. Naatriumkaaliumtartraadi tetrahüdraat ja kvarts näitasid samuti piesoelektrilisust. Piesoelektriline ketas tekitab deformeerumisel pinge, kuigi see on Curies'e demonstratsioonis tugevalt liialdatud. Samuti suutsid nad ennustada vastupidist piesoelektrilist efekti ja tuletada selle matemaatiliselt 1881. aastal Gabriel Lippmanni termodünaamiliste põhimõtete põhjal.

Curie'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid piesoelektriliste kristallide elektro-elast-mehaaniliste deformatsioonide täieliku pöörduvuse kohta. Järgnevatel aastakümnetel jäi piesoelektrilisus laboratoorseks uudishimuks, kuni sellest sai Pierre ja Marie Curie polooniumi ja raadiumi avastamise oluline tööriist. Nende töö piesoelektriga kristallstruktuuride uurimisel ja määratlemisel kulmineerus Woldemar Voigti raamatu "Lehrbuch der Kristallphysik" (kristallfüüsika õpik) avaldamisega.

Katsed osutusid ebaselgeks

Piesoelektrilisus on elektromehaaniline nähtus, mille puhul elektrilaeng koguneb teatud tahketesse materjalidesse, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA. See on reaktsioon rakendatud mehaanilisele pingele ja sõna "piesoelektrilisus" on tuletatud kreeka sõnadest "piezein", mis tähendab "pigistada või vajutada", ja "ēlektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektriline efekt tuleneb lineaarsest elektromehaanilisest interaktsioonist kristalsete materjalide mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonsümmeetriaga. See on pöörduv protsess; piesoelektrilist efekti omavatel materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis kujutab endast mehaanilise pinge sisemist teket, mis tuleneb rakendatud elektriväljast. Näiteks plii tsirkonaattitanaadi kristallid tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur on algsest mõõtmest deformeerunud. Vastupidi, kristallid võivad muuta oma staatilist mõõdet, kui rakendatakse välist elektrivälja, mida tuntakse pöördpiesoelektrilise efektina, mida kasutatakse ultrahelilainete tootmisel.

Prantsuse füüsikud Pierre ja Jacques Curie avastasid piesoelektri 1880. aastal. Sellest ajast alates on seda kasutatud mitmesuguste kasulike rakenduste jaoks, sealhulgas heli tekitamiseks ja tuvastamiseks, piesoelektriliseks tindiprinteriks, kõrgepinge elektri tootmiseks, kellageneraatoriteks ja elektroonikaseadmeteks, nagu mikrokaalud. , ajami ultrahelidüüsid ja ülipeened teravustamisoptilised sõlmed. Samuti on see aluseks skaneerivatele sondimikroskoopidele, mis suudavad pilte lahendada aatomite skaalal. Piesoelektrilisust kasutatakse ka elektrooniliselt võimendatud kitarride pikapites ja kaasaegsete elektrooniliste trummide päästikutes.

Piesoelektri saab igapäevaselt kasutada sädemete tekitamiseks, et süüdata gaas toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, tõrvikutes, sigaretisüütajates ja mujal. Carl Linnaeus ja Franz Aepinus uurisid püroelektrilist efekti, mille käigus materjal tekitab vastusena temperatuurimuutusele elektrilise potentsiaali, 18. sajandi keskel, tuginedes René Hauy ja Antoine César Becquereli teadmistele, kes leidsid suhte. mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel. Katsed osutusid ebaselgeks.

Kombineeritud teadmised püroelektrilisusest ja selle aluseks olevate kristallstruktuuride mõistmine andsid aluse püroelektrilisuse ennustamisele ja võime ennustada kristallide käitumist. Seda demonstreeriti selliste kristallide nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool mõju. Naatriumkaaliumtartraadi tetrahüdraat ja kvarts näitasid samuti piesoelektrilisust ning deformeerumisel kasutati pinge tekitamiseks piesoelektrilist ketast. See oli Curies'de otsese piesoelektrilise efekti demonstreerimisel tugevalt liialdatud.

Vennad Pierre ja Jacques Curie ennustasid vastupidist piesoelektrilist efekti ja vastupidise efekti tuletas matemaatiliselt termodünaamiliste põhiprintsiipide põhjal 1881. aastal Gabriel Lippmann. Curie'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid selle täieliku kohta. elektro-elasto-mehaaniliste deformatsioonide pöörduvus piesoelektrilistes kristallides.

Piesoelektrilisus jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuid Pierre ja Marie Curie poolt polooniumi ja raadiumi avastamisel oli see oluline tööriist. Nende töö piesoelektrilisusega kristallstruktuuride uurimisel ja määratlemisel kulmineerus Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega. See kirjeldas piesoelektrilisusega võimelisi looduslikke kristallklasse ja määratles tensoranalüüsi abil rangelt piesoelektrilised konstandid. See oli piesoelektriliste andurite esimene praktiline rakendus ja sonar töötati välja I maailmasõja ajal. Prantsusmaal töötasid Paul Langevin ja tema kolleegid välja ultraheli allveelaeva detektori.

Carl Linnaeus ja Franz Aepinus

Piesoelektrilisus on elektromehaaniline nähtus, mille puhul elektrilaeng koguneb teatud tahketesse materjalidesse, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA. See laeng tekib vastusena rakendatud mehaanilisele pingele. Sõna piesoelektrilisus pärineb kreeka sõnadest πιέζειν (piezein), mis tähendab "pigistada või vajutada" ja ἤλεκτρον (ēlektron), mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektriline efekt tuleneb lineaarsest elektromehaanilisest interaktsioonist kristalsete materjalide mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonsümmeetriaga. See efekt on pöörduv, mis tähendab, et piesoelektrilisusega materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mis kujutab endast mehaanilise pinge sisemist genereerimist, mis tuleneb rakendatud elektriväljast. Näiteks plii tsirkonaattitanaadi kristallid tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur on algsest mõõtmest deformeerunud. Vastupidiselt võivad kristallid muuta oma staatilist mõõdet, kui rakendatakse välist elektrivälja, mida tuntakse piesoelektrilise pöördefektina ja mida kasutatakse ultrahelilainete tootmisel.

1880. aastal avastasid prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie piesoelektrilise efekti ja sellest ajast alates on seda kasutatud paljudes kasulikes rakendustes, sealhulgas heli tekitamisel ja tuvastamisel, piesoelektrilisel tindiprinteril, kõrgepinge elektri tootmisel, kellageneraatoritel, elektroonikaseadmetel, mikrokaaludel. , ajami ultrahelidüüsid ja ülipeened teravustamisoptilised sõlmed. See on ka aluseks skaneerivatele sondimikroskoopidele, mida kasutatakse kujutiste lahendamiseks aatomite skaalal. Piesoelektrilisust kasutatakse ka elektrooniliselt võimendatud kitarride pikapides ja kaasaegsete elektrooniliste trummide päästikutes.

Piesoelektrienergiat leidub ka igapäevases kasutuses, näiteks sädemete tekitamine gaasi süütamiseks toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, tõrvikutes, sigaretisüütajates ja püroelektriline efekt, mis on siis, kui materjal tekitab vastusena temperatuurimuutusele elektripotentsiaali. Seda efekti uurisid Carl Linnaeus ja Franz Aepinus 18. sajandi keskel, tuginedes René Hauy ja Antoine César Becquereli teadmistele, kes väitsid seost mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel, kuigi nende katsed osutusid ebaselgeks.

Šotimaal Hunteriani muuseumis asuva Curie kompensaatori piesokristalli vaade on vendade Pierre ja Jacques Curie otsese piesoelektrilise efekti demonstratsioon. Nende püroelektrialaste teadmiste ühendamine aluskristallstruktuuride mõistmisega andis aluse püroelektrilisuse ennustamisele ja võime ennustada kristallide käitumist. Seda näitas kristallide, nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool, mõju. Naatriumkaaliumtartraadi tetrahüdraat ja Rochelle'i soola kvarts näitasid piesoelektrilisust ning piesoelektriline ketas tekitab deformeerumisel pinget, kuigi see on Curies'e demonstratsioonis tugevalt liialdatud.

Vastupidise piesoelektrilise efekti ennustuse ja selle matemaatilise järelduse termodünaamiliste fundamentaalsetest printsiipidest tegi Gabriel Lippmann 1881. aastal. Curies'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid elektroelasto-elektro-elastsuse täieliku pöörduvuse kohta. piesoelektriliste kristallide mehaanilised deformatsioonid. Piesoelektrilisus jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuni sellest sai oluline tööriist polooniumi ja raadiumi avastamisel Pierre ja Marie Curie poolt, kes kasutasid seda piesoelektrilisusega kristallstruktuuride uurimiseks ja määratlemiseks. See kulmineerus Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega, mis kirjeldas piesoelektrivõimelisi looduslikke kristalliklasse ja määratles rangelt piesoelektrilised konstandid tensoranalüüsi abil.

See piesoelektriliste muundurite praktiline rakendus viis I maailmasõja ajal sonari väljatöötamiseni. Prantsusmaal töötas Paul Langevin ja tema kaastöötajad välja ultraheli allveelaeva detektori. Detektor koosnes õhukestest kvartskristallidest valmistatud andurist, mis oli hoolikalt terasplaatidele liimitud, ja hüdrofonist, mis tuvastas pärast muundurist kõrgsagedusliku impulsi väljastamist tagasituleva kaja. Mõõtes aega, mis kulub objektilt tagasi põrkuvate helilainete kaja kuulmiseks, suutsid nad arvutada objekti kauguse. Nad kasutasid selle sonari õnnestumiseks piesoelektrit ning projekt tekitas intensiivse arengu ja huvi piesoelektriliste seadmete vastu

Rene Hauy ja Antoine Cesar Becquerel

Piesoelektrilisus on elektromehaaniline nähtus, mis tekib siis, kui teatud tahked materjalid, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA, akumuleerivad vastusena rakendatud mehaanilisele pingele elektrilaengut. Piesoelektrilisus on tuletatud kreeka sõnast "piezein", mis tähendab "pigistada või vajutada", ja "elektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektriline efekt tuleneb lineaarsest elektromehaanilisest interaktsioonist mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonisümmeetriaga kristalsetes materjalides. See efekt on pöörduv, mis tähendab, et piesoelektrilist efekti omavatel materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt ehk rakendatud elektriväljast tulenev mehaanilise pinge sisemine teke. Näiteks plii tsirkonaattitanaadi kristallid tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur on algsest mõõtmest deformeerunud. Vastupidi, kristallid võivad välise elektrivälja rakendamisel muuta oma staatilist mõõdet, mille tulemuseks on pöördvõrdeline piesoelektriline efekt ja ultrahelilainete teke.

Prantsuse füüsikud Pierre ja Jacques Curie avastasid piesoelektrilise efekti 1880. aastal. Seda efekti on kasutatud mitmesugustes kasulikes rakendustes, sealhulgas heli tekitamisel ja tuvastamisel, piesoelektrilise tindiprinteri printimisel, kõrgepinge elektri tootmisel, kellageneraatoritel ja elektroonikaseadmetel. nagu mikrokaalud, ajami ultrahelidüüsid ja ülipeened teravustamisoptilised sõlmed. Samuti on see aluseks skaneerivatele sondimikroskoopidele, mis suudavad pilte lahendada aatomite skaalal. Piesoelektrilisust kasutatakse ka elektrooniliselt võimendatud kitarride pikapites ja kaasaegsete elektrooniliste trummide päästikutes.

Piesoelektrilist efekti uurisid esmakordselt Carl Linnaeus ja Franz Aepinus 18. sajandi keskel, tuginedes Rene Hauy ja Antoine Cesar Becquereli teadmistele, kes väitsid seost mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel. Kuid katsed osutusid ebaselgeks. Koos teadmistega püroelektrilisusest ja selle aluseks olevate kristallstruktuuride mõistmisega andis see tulemuseks püroelektrilisuse ennustamise ja võime ennustada kristallide käitumist. Seda demonstreeriti selliste kristallide nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool mõju. Naatriumkaaliumtartraadi tetrahüdraat ja kvarts näitasid samuti piesoelektrilisust ning deformeerumisel kasutati pinge tekitamiseks piesoelektrilist ketast. See efekt oli tugevalt liialdatud Curies'de meeleavaldusel Šotimaa muuseumis, mis näitas otsest piesoelektrilist efekti.

Vennad Pierre ja Jacques Curie leidsid kvantitatiivseid tõendeid piesoelektriliste kristallide elektro-elast-mehaaniliste deformatsioonide täieliku pöörduvuse kohta. Piesoelektrienergia jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuni sellest sai Pierre ja Marie Curie polooniumi ja raadiumi avastamise oluline tööriist. Selles töös uuriti ja määratleti piesoelektrilisusega kristallstruktuurid, mis kulmineerusid Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallifüüsika õpik) avaldamisega.

Curies kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja järeldasid matemaatiliselt vastupidise efekti termodünaamilised põhiprintsiibid. Seda tegi Gabriel Lippmann 1881. aastal. Piesoelektrienergiat kasutati I maailmasõja ajal sonari väljatöötamiseks. Prantsusmaal töötasid Paul Langevin ja tema töökaaslased välja ultraheli allveelaeva detektori. See detektor koosnes õhukestest kvartskristallidest valmistatud muundurist, mis oli hoolikalt terasplaatidele liimitud, ja hüdrofonist, mis tuvastas tagasituleva kaja. Andes muundurist kõrgsagedusliku impulsi ja mõõtes aega, mis kulub objektilt põrkuvate helilainete kaja kuulmiseks, saaksid nad arvutada kauguse objektist.

Piesoelektriliste kristallide kasutamist arendas edasi Bell Telephone Laboratories pärast Teist maailmasõda. Raadiotelefonitehnika osakonnas töötav Frederick R. Lack töötas välja lõigatud kristalli, mis võis töötada laias temperatuurivahemikus. Lacki kristall ei vajanud varasemate kristallide raskeid tarvikuid, mis hõlbustas selle kasutamist lennukites. See areng võimaldas liitlaste õhujõududel osaleda kooskõlastatud massirünnakutes, kasutades lennuraadiot. Piesoelektriliste seadmete ja materjalide areng Ameerika Ühendriikides hoidis ettevõtteid sõjaaja alguse väljatöötamisel selles valdkonnas ning tekkisid huvid uute materjalide tulusate patentide hankimise vastu. Kvartskristalle kasutati kaubanduslikult piesoelektrilise materjalina ja teadlased otsisid suurema jõudlusega materjale. Vaatamata edusammudele materjalides ja tootmisprotsesside küpsemises, on Ameerika Ühendriigid

Gabriel Lippmann

Piesoelektrilisus on elektromehaaniline nähtus, mille puhul elektrilaeng koguneb teatud tahketesse materjalidesse, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA. See on inversioonsümmeetriaga materjalide mehaaniliste ja elektriliste olekute vastastikmõju tulemus. Piesoelektri avastasid esmakordselt prantsuse füüsikud Pierre ja Jacques Curie 1880. aastal.

Piesoelektrienergiat on kasutatud mitmesuguste kasulike rakenduste jaoks, sealhulgas heli tekitamiseks ja tuvastamiseks, piesoelektriliseks tindiprinteriks ja kõrgepinge elektri tootmiseks. Piesoelektrilisus on tuletatud kreeka sõnadest πιέζειν (piezein), mis tähendab "pigistada või vajutada" ja ἤλεκτρον (ēlektron), mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektriline efekt on pöörduv, mis tähendab, et piesoelektrilisusega materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, mille korral sisemine mehaanilise pinge tekitamine tuleneb elektrivälja rakendamisest. Näiteks plii tsirkonaattitanaadi kristallid tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur on algsest mõõtmest deformeerunud. Vastupidi, kristallid võivad välise elektrivälja rakendamisel muuta oma staatilist mõõdet, seda protsessi nimetatakse piesoelektrilise pöördefektina. Seda protsessi saab kasutada ultrahelilainete tekitamiseks.

Piesoelektrilist efekti on uuritud alates 18. sajandi keskpaigast, mil Carl Linnaeus ja Franz Aepinus leidsid René Hauy ja Antoine César Becquereli teadmistele tuginedes seose mehaanilise pinge ja elektrilaengu vahel. Kuid katsed osutusid ebaselgeks. Teadlased suutsid kristallide käitumist ennustada alles siis, kui kombineeritud teadmised püroelektrilisusest ja selle aluseks olevate kristallstruktuuride mõistmine andsid aluse püroelektrilisuse ennustamisele. Seda näitas kristallide, nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool, mõju.

Gabriel Lippmann tuletas 1881. aastal matemaatiliselt välja vastupidise piesoelektrilise efekti termodünaamilised põhiprintsiibid. Curie'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid piesoelektriliste kristallide elektro-elast-mehaaniliste deformatsioonide täieliku pöörduvuse kohta.

Piesoelektrienergia jäi aastakümneteks labori uudishimu, kuni sellest sai Pierre ja Marie Curie polooniumi ja raadiumi avastamise oluline tööriist. Nende töö piesoelektrilisusega kristallstruktuuride uurimisel ja määratlemisel kulmineerus Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega. See kirjeldas piesoelektrilisusega võimelisi looduslikke kristallklasse ja määratles tensoranalüüsiga rangelt piesoelektrilised konstandid.

Piesoelektriliste seadmete praktiline rakendamine sai alguse sonari väljatöötamisest I maailmasõja ajal. Paul Langevin ja tema töökaaslased töötasid välja ultraheli allveelaevadetektori. See detektor koosnes õhukestest kvartskristallidest valmistatud muundurist, mis oli hoolikalt terasplaatidele liimitud, ja hüdrofonist, mis tuvastas tagasituleva kaja. Andes andurilt välja kõrgsagedusliku impulsi ja mõõtes aega, mis kulub objektilt põrkuvate helilainete kaja kuulmiseks, suutsid nad arvutada kauguse objektist. Piesoelektri kasutamine sonari jaoks oli edukas ja projekt tekitas intensiivse arendushuvi piesoelektriliste seadmete vastu. Aastakümnete jooksul on uuritud ja välja töötatud uusi piesoelektrilisi materjale ja nende materjalide uusi rakendusi. Piesoelektrilised seadmed leidsid kodud erinevates valdkondades, alates keraamilistest fonograafi kassettidest, mis lihtsustasid pleieri disaini ja muutsid odavad, täpsed plaadimängijad odavamaks hooldamise ja lihtsamaks ehitamise, kuni ultrahelimuundurite väljatöötamiseni, mis võimaldasid hõlpsasti mõõta vedelike viskoossust ja elastsust. ja tahked ained, mille tulemuseks on tohutud edusammud materjalide uurimisel. Ultraheli ajadomeeni reflektomeetrid saadavad materjalisse ultraheliimpulsi ning mõõdavad peegeldusi ja katkestusi, et leida valumetallist ja kivist esemete sees vigu, parandades konstruktsiooni ohutust.

Pärast Teist maailmasõda avastasid sõltumatud uurimisrühmad Ameerika Ühendriikides, Venemaal ja Jaapanis uue sünteetiliste materjalide klassi, mida nimetatakse ferroelektrideks, mille piesoelektrilised konstandid on kuni kümme korda suuremad kui looduslikel materjalidel. See tõi kaasa intensiivsed uuringud baariumtitanaadi ja hiljem plii tsirkonaattitanaadi väljatöötamiseks, materjalid, millel on spetsiifilised omadused konkreetsete rakenduste jaoks. Töötati välja oluline näide piesoelektriliste kristallide kasutamisest

Woldemar Voigt

Piesoelektrilisus on elektromehaaniline nähtus, mille puhul elektrilaeng koguneb teatud tahketesse materjalidesse, nagu kristallid, keraamika ja bioloogilised ained, nagu luu ja DNA. See laeng tekib vastusena rakendatud mehaanilisele pingele. Sõna piesoelektrilisus tuleneb kreekakeelsest sõnast "piezein", mis tähendab "pigistada või vajutada", ja "elektron", mis tähendab "merevaigust", iidset elektrilaengu allikat.

Piesoelektriline efekt tuleneb lineaarsest elektromehaanilisest interaktsioonist kristalsete materjalide mehaaniliste ja elektriliste olekute vahel inversioonsümmeetriaga. See efekt on pöörduv, mis tähendab, et piesoelektrilisusega materjalidel on ka vastupidine piesoelektriline efekt, kus mehaanilise pinge sisemine teke tuleneb rakendatud elektriväljast. Näiteks plii tsirkonaattitanaadi kristallid tekitavad mõõdetavat piesoelektrilisust, kui nende staatiline struktuur on algsest mõõtmest deformeerunud. Vastupidiselt võivad kristallid muuta oma staatilist mõõdet, kui rakendatakse välist elektrivälja – nähtust, mida tuntakse piesoelektrilise pöördefektina ja mida kasutatakse ultrahelilainete tootmisel.

Prantsuse füüsikud Pierre ja Jacques Curie avastasid piesoelektri 1880. aastal. Piesoelektrilist efekti on sellest ajast alates kasutatud mitmesuguste kasulike rakenduste jaoks, sealhulgas heli tekitamiseks ja tuvastamiseks, piesoelektriliseks tindiprinteriks, kõrgepinge elektri tootmiseks, kellageneraatoriteks ja elektroonikaseadmeteks. nagu mikrokaalud ja ajami ultrahelidüüsid optiliste sõlmede ülipeeneks teravustamiseks. Samuti on see aluseks skaneerivatele sondimikroskoopidele, mis suudavad pilte lahendada aatomite skaalal. Lisaks kasutavad elektrooniliselt võimendatud kitarride pikapid ja kaasaegsete elektrooniliste trummide päästikud piesoelektrilist efekti.

Piesoelektrit kasutatakse ka igapäevaselt sädemete tekitamiseks, et süüdata gaas toiduvalmistamis- ja kütteseadmetes, tõrvikutes, sigaretisüütajates ja mujal. Carl Linnaeus ja Franz Aepinus uurisid püroelektrilist efekti, mille puhul materjal tekitab vastusena temperatuurimuutusele elektrilise potentsiaali, 18. sajandi keskel, tuginedes Rene Hauy ja Antoine Cesar Becquereli teadmistele, kes väitsid seost mehaaniliste seadmete vahel. stress ja elektrilaeng. Eksperimendid selle seose tõestamiseks osutusid ebaselgeks.

Šotimaal Hunteriani muuseumis asuva Curie kompensaatori piesokristalli vaade on vendade Pierre ja Jacques Curie otsese piesoelektrilise efekti demonstratsioon. Nende püroelektrialaste teadmiste ühendamine aluskristallstruktuuride mõistmisega andis aluse püroelektrilisuse ennustamisele, mis võimaldas neil ennustada kristallide käitumist, mida nad näitasid selliste kristallide nagu turmaliin, kvarts, topaas, roosuhkur ja Rochelle'i sool. . Naatrium- ja kaaliumtartraadi tetrahüdraat ja kvarts näitasid samuti piesoelektrilisust ning deformeerumisel kasutati pinge tekitamiseks piesoelektrilist ketast. Seda kujumuutust liialdati Curie'de demonstratsioonis tugevalt ja nad ennustasid vastupidist piesoelektrilist efekti. Vastupidise efekti tuletas matemaatiliselt termodünaamiliste põhimõtete põhjal Gabriel Lippmann 1881. aastal.

Curie'd kinnitasid kohe vastupidise efekti olemasolu ja hankisid kvantitatiivseid tõendeid piesoelektriliste kristallide elektro-elast-mehaaniliste deformatsioonide täieliku pöörduvuse kohta. Järgnevatel aastakümnetel jäi piesoelektrilisus laboratoorseks uudishimuks, kuni sellest sai oluline tööriist polooniumi ja raadiumi avastamisel Pierre Marie Curie poolt, kes kasutas seda piesoelektrilisusega kristallstruktuuride uurimiseks ja määratlemiseks. See kulmineerus Woldemar Voigti raamatu Lehrbuch der Kristallphysik (Kristallfüüsika õpik) avaldamisega, mis kirjeldas piesoelektrivõimelisi looduslikke kristalliklasse ja määratles rangelt piesoelektrilised konstandid tensoranalüüsi abil.

See viis I maailmasõja ajal välja töötatud piesoelektriliste seadmete, näiteks sonari praktilise rakendamiseni. Prantsusmaal töötas Paul Langevin ja tema kaastöötajad välja ultraheli allveelaeva detektori. See detektor koosnes õhukestest kvartskristallidest valmistatud muundurist, mis oli hoolikalt terasplaatidele liimitud, ja hüdrofonist, mis tuvastas pärast muundurist kõrgsagedusliku impulsi väljastamist tagasituleva kaja. Mõõtes aega, mis kulub objektilt põrgatavate helilainete kaja kuulmiseks, saavad nad arvutada kauguse objektist. Nad kasutasid selle sonari õnnestumiseks piesoelektrienergiat ning projekt tekitas intensiivse arengu ja huvi selle vastu.

Olulised suhted

Piesoelektrilised ajamid: Piesoelektrilised ajamid on seadmed, mis muudavad elektrienergia mehaaniliseks liikumiseks. Neid kasutatakse tavaliselt robootikas, meditsiiniseadmetes ja muudes rakendustes, kus on vaja täpset liikumisjuhtimist.
Piesoelektrilised andurid: Piesoelektrilisi andureid kasutatakse füüsiliste parameetrite, nagu rõhk, kiirendus ja vibratsioon, mõõtmiseks. Neid kasutatakse sageli tööstuslikes ja meditsiinilistes rakendustes, samuti olmeelektroonikas.
Piesoelektrilisus looduses: Piesoelektrilisus on teatud materjalides looduslikult esinev nähtus ja seda leidub paljudes elusorganismides. Mõned organismid kasutavad seda oma keskkonna tunnetamiseks ja teiste organismidega suhtlemiseks.

Järeldus

Piesoelektrilisus on hämmastav nähtus, mida on kasutatud mitmesugustes rakendustes, alates sonaritest ja lõpetades fonograafi kassettidega. Seda on uuritud alates 1800. aastate keskpaigast ja seda on kasutatud suurepäraselt kaasaegse tehnoloogia arendamisel. See blogipostitus on uurinud piesoelektri ajalugu ja kasutusalasid ning rõhutanud selle nähtuse tähtsust kaasaegse tehnoloogia arengus. Neile, kes soovivad piesoelektri kohta rohkem teada saada, on see postitus suurepärane lähtepunkt.

Olen Joost Nusselder, Neaera asutaja ja sisuturundaja, isa ja armastan kitarriga uusi seadmeid proovida ning olen koos meeskonnaga loonud põhjalikke ajaveebiartikleid alates 2020. aastast. et aidata lojaalseid lugejaid salvestus- ja kitarrinõuannetega.

Vaadake mind Youtube'ist kus ma proovin kõiki neid seadmeid:

Soovin uudiskirja