Piezoelektrizitatea material jakin batzuek esfortzu mekanikoa jasaten dutenean elektrizitatea sortzeko gaitasuna da eta alderantziz. Hitza grezierazko piezo-tik dator presioa, eta elektrizitatea esan nahi duena. 1880an aurkitu zuten lehen aldiz, baina kontzeptua aspalditik ezagutzen da.
Piezoelektrizitatearen adibiderik ezagunena kuartzoa da, baina beste material askok ere erakusten dute fenomeno hori. Piezoelektrizitatearen erabilera ohikoena ultrasoinuak sortzea da.
Artikulu honetan, piezoelektrizitatea zer den, nola funtzionatzen duen eta fenomeno harrigarri honen aplikazio praktiko ugarietariko batzuk aztertuko ditut.
Zer da piezoelektrizitatea?
Piezoelektrizitatea material batzuek aplikatutako tentsio mekanikoari erantzunez karga elektrikoa sortzeko duten gaitasuna da. Inbertsio-simetria duten material kristalinoetako egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko lineala da. Material piezoelektrikoak tentsio handiko elektrizitatea, erloju-sorgailuak, gailu elektronikoak, mikrobalantzak, ultrasoinu-toberak gidatzeko eta fokatze-multzo optiko ultrafinak sortzeko erabil daitezke.
Material piezoelektrikoak kristalak, zeramika jakin batzuk, hezurra eta DNA bezalako materia biologikoa eta proteinak dira. Material piezoelektriko bati indar bat aplikatzen zaionean, karga elektriko bat sortzen du. Karga hori gailuak elikatzeko edo tentsio bat sortzeko erabil daiteke.
Material piezoelektrikoak hainbat aplikaziotan erabiltzen dira, besteak beste:
• Soinuaren ekoizpena eta detekzioa
• Tintazko inprimaketa piezoelektrikoa
• Goi-tentsioko elektrizitatea sortzea
• Erloju-sorgailuak
• Gailu elektronikoak
• Mikrobalantzak
• Ultrasoinu-toberak gidatu
• Fokatze-multzo optiko ultrafineak
• Radant elektronikoki anplifikatutako gitarretarako
• Bateria elektroniko modernoentzako abiarazleak
• Gasa pizteko txinpartak sortzea
• Sukaldatzeko eta berotzeko gailuak
• Zuziak eta pizgailuak.
Zein da piezoelektrizitatearen historia?
Piezoelektrizitatea 1880an aurkitu zuten Jacques eta Pierre Curie fisikari frantsesek. Aplikaturiko tentsio mekanikoari erantzuteko zenbait material solidotan, hala nola kristaletan, zeramikatan eta materia biologikoetan, metatzen den karga elektrikoa da. 'Piezelektrizitate' hitza grezierazko 'piezein' hitzetik dator, 'estu' edo 'prentatu' esan nahi duena, eta 'elektron', 'anbarra' esan nahi duena, karga elektrikoaren antzinako iturria.
Efektu piezoelektrikoa inbertsio-simetria duten material kristalinoen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko linealetik sortzen da. Prozesu itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza.
Curies-ek piroelektrizitateari buruzko ezagutza eta azpiko kristal-egituren ulermenak piroelektrizitatearen iragarpena eta kristalen portaera iragartzeko gaitasuna sortu zituen. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen efektuan frogatu zen.
Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektua zegoela, eta kristal piezoelektrikoetan deformazio elektro-elasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuten. Hamarkadetan zehar, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioaren aurkikuntzan ezinbesteko tresna bihurtu zen arte.
Piezoelektrizitatea aplikazio erabilgarri askotarako ustiatu da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzea, erloju-sorgailuak eta gailu elektronikoak, mikrobalantza, ultrasoinu-toberak gidatzeko, multzo optikoen fokatze ultrafina eta formak. atomoen eskalan irudiak ebazteko zunda-mikroskopioen oinarria.
Piezoelektrizitateak eguneroko erabilerak ere aurkitzen ditu, hala nola, sukaldeko eta berotzeko gailuetan gasa pizteko txinpartak sortzea, linterna, zigarro-mezgailuak eta efektu piroelektrikoa, non material batek potentzial elektrikoa sortzen duen tenperatura-aldaketa baten aurrean.
Sonar-aren garapenean Bell Telephone Laboratories-ek garatutako kristal piezoelektrikoen erabilera ikusi zen. Horri esker, aliatuen aire-indarrek eraso masibo koordinatuak egin ahal izan zituzten abiazio irratia erabiliz. Estatu Batuetako gailu eta materialen piezoelektrikoen garapenak gerra garaiko hastapenen garapenean mantendu zituen enpresek interesen esparruan, material berrientzako patente errentagarriak lortuz.
Japoniak Estatu Batuetako industria piezoelektrikoaren aplikazio berriak eta hazkundea ikusi zituen eta azkar garatu zuen berea. Informazioa azkar partekatu zuten eta bario titanatoa eta beranduago berun zirkonato titanatozko materialak garatu zituzten, aplikazio jakinetarako propietate espezifikoak dituztenak.
Piezoelektrizitateak bide luzea egin du 1880an aurkitu zenetik, eta gaur egun eguneroko aplikazio ezberdinetan erabiltzen da. Materialen ikerketan aurrerapenak egiteko ere erabili izan da, hala nola, ultrasoinuen denbora-domeinuko erreflektometroak, ultrasoinu-pultsu bat bidaltzen baitute material baten bidez islak eta etenak neurtzeko, fundiziozko metal eta harrizko objektuen barruan akatsak aurkitzeko, egituraren segurtasuna hobetuz.
Nola funtzionatzen duen piezoelektrizitatea
Atal honetan, piezoelektrizitatea nola funtzionatzen duen aztertuko dut. Solidoetan karga elektrikoaren metaketa, interakzio elektromekaniko lineala eta fenomeno hau osatzen duten prozesu itzulgarria aztertuko dut. Piezoelektrizitatearen historia eta bere aplikazioak ere eztabaidatuko ditut.
Karga elektrikoaren metaketa solidoetan
Piezoelektrizitatea zenbait material solidotan metatzen den karga elektrikoa da, hala nola kristaletan, zeramikatan eta hezur eta DNA bezalako materia biologikoetan. Aplikaturiko tentsio mekanikoari emandako erantzuna da, eta bere izena "piezein" (estu edo sakatu) eta "ēlektron" (anbarra) hitzetatik dator.
Efektu piezoelektrikoa inbertsio-simetria duten material kristalinoetan egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko linealaren ondorioz sortzen da. Prozesu itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, non tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza eremu elektriko aplikatu baten ondorioz. Piezoelektrizitate neurgarria sortzen duten materialen adibideak berun zirkonato titanato kristalak dira.
Pierre eta Jacques Curie fisikari frantziarrek piezoelektrizitatea aurkitu zuten 1880an. Geroztik hainbat aplikazio erabilgarritarako ustiatu izan da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzeko, erloju-sorgailuak eta mikrobalantzak bezalako gailu elektronikoetarako. eta ultrasoinu-toberak gidatzea multzo optikoen fokatze ultrafinetarako. Mikroskopio-zunda-mikroskopioen oinarria ere osatzen du, atomoen eskalan irudiak ebatzi ditzaketenak. Elektrizitate piezoelektrizitatea elektronikan anplifikatutako gitarretarako pickupetan eta bateria elektroniko modernoen abiarazleetan ere erabiltzen da.
Piezoelektrizitateak eguneroko erabilerak aurkitzen ditu gasa pizteko txinpartak sortzeko, egosteko eta berotzeko gailuetan, linzietan, zigarro-mezgailuetan eta efektu piroelektrikoan, non material batek potentzial elektrikoa sortzen duen tenperatura aldaketari erantzunez. Hau Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek aztertu zuten XVIII. mendearen erdialdean, René Haüy eta Antoine César Becquerel-en ezagutzatik abiatuta, tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren arteko erlazioa planteatzen zutenak. Esperimentuak ez ziren erabakigarriak izan.
Eskoziako Hunterian Museum-eko Curie konpentsatzailean dagoen kristal piezoelektriko baten ikuspegia efektu piezoelektriko zuzenaren erakusgarri da. Pierre eta Jacques Curie anaiek piroelektrizitateari buruzko ezagutza eta azpiko kristal-egituren ulermena uztartu zituzten, eta horrek piroelektrizitatearen iragarpena sortu zuen. Kristalen portaera aurreikusteko gai izan ziren eta turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristaletan duten eragina frogatu zuten. Sodio potasio tartrato tetrahidratoak eta kuartzoak ere piezoelektrizitatea erakusten zuen. Disko piezoelektriko batek tentsio bat sortzen du deformatzen denean, eta forma aldaketa asko handitu egiten da Curiesen erakustaldian.
Alderantzizko efektu piezoelektrikoa aurreikusteko gai izan ziren, eta alderantzizko efektua matematikoki deduzitu zuen Gabriel Lippmannek 1881ean. Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektuaren existentzia, eta elektro-elasto-en erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuten. deformazio mekanikoak kristal piezoelektrikoetan.
Hamarkadetan, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen, baina ezinbesteko tresna izan zen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioa aurkitzeko. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egin zuten lana Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalaren Fisika Testu liburua) argitaratu zenean, piezoelektrizitaterako gai diren kristal-klase naturalak deskribatu zituen eta tentsoreen analisiaren bidez konstante piezoelektrikoak zorroztasunez definitu zituen. Hau izan zen gailu piezoelektrikoen aplikazio praktikoa, eta sonarra I. Mundu Gerran garatu zen. Frantzian, Paul Langevin-ek eta bere lankideek ultrasoinuzko itsaspeko detektagailu bat garatu zuten.
Detektagailua a transduktorea altzairuzko xaflei arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez egina, eta itzultzen den oihartzuna detektatzeko hidrofonoz egina. Altua igortuz maiztasuna Transduktorearen pultsua eta objektu baten gainean errebotatzen diren soinu-uhinen oihartzuna entzuteko behar den denbora neurtuz, objektuarekiko distantzia kalkulatu ahal izan zuten. Piezoelektrizitatea erabili zuten sonarra arrakasta izateko, eta proiektuak garapen eta interes bizia sortu zuen gailu piezoelektrikoetan. Hamarkadetan zehar, material piezoelektriko berriak eta materialen aplikazio berriak aztertu eta garatu ziren, eta gailu piezoelektrikoek hainbat esparrutan aurkitu zituzten etxebizitzak. Zeramikazko fonografo-kartutxoek erreproduzitzaileen diseinua sinplifikatu zuten eta disko-jogailu merkeak eta zehatzak egin zituzten, mantentze merkeagoak eta eraikitzeko errazagoak zirenak.
Ultrasoinu-transduktoreen garapenari esker, fluidoen eta solidoen biskositatea eta elastikotasuna erraz neurtu ahal izan dira, materialen ikerketan aurrerapen handiak emanez.
Interakzio Elektromekaniko Lineala
Piezoelektrizitatea material batzuek tentsio mekanikoa jasaten dutenean karga elektrikoa sortzeko duten gaitasuna da. Hitza grezierazko πιέζειν (piezein) "estu edo sakatu" esan nahi duten hitzetatik eta ἤλεκτρον (ēlektron) "anbarra" esan nahi du, karga elektrikoaren antzinako iturria zena.
Piezoelektrizitatea 1880an aurkitu zuten Jacques eta Pierre Curie fisikari frantsesek. Inbertsio-simetria duten material kristalinoen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko linealean oinarritzen da. Efektu hau itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, eta, ondorioz, tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza eremu elektriko aplikatu baten ondorioz sortzen da. Egitura estatikotik deformatzen direnean piezoelektrizitate neurgarria sortzen duten materialen adibideak dira berun zirkonato titanato kristalak. Aitzitik, kristalek beren dimentsio estatikoa alda dezakete kanpoko eremu elektriko bat aplikatzen denean, alderantzizko efektu piezoelektriko gisa ezagutzen dena eta ultrasoinu-uhinen ekoizpenean erabiltzen dena.
Piezoelektrizitatea hainbat aplikazio erabilgarritarako ustiatu da, hala nola:
• Soinuaren ekoizpena eta detekzioa
• Tintazko inprimaketa piezoelektrikoa
• Goi-tentsioko elektrizitatea sortzea
• Erloju-sorgailua
• Gailu elektronikoak
• Mikrobalantzak
• Ultrasoinu-toberak gidatu
• Fokatze-multzo optiko ultrafineak
• Ekorketa-zunda mikroskopioen oinarria osatzen du atomoen eskalan irudiak ebazteko
• Elektronikoki anplifikatutako gitarretako pickupak
• Bateria elektroniko modernoetan abiarazleak
• Sukaldatzeko eta berotzeko gailuetan gasa pizteko txinpartak sortzea
• Zuziak eta pizgailuak
Piezoelektrizitateak eguneroko erabilerak ere aurkitzen ditu efektu piroelektrikoan, hau da, tenperatura aldaketari erantzunez potentzial elektrikoa sortzen duen materiala. Hau Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek aztertu zuten XVIII. mendearen erdialdean, René Haüy eta Antoine César Becquerel-en ezagutzatik abiatuta, tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren arteko erlazioa planteatzen zutenak. Hala ere, esperimentuek ez zuten frogatu.
Eskoziako Hunterian Museum-eko Curie konpentsatzailean piezokristal bat ikustea efektu piezoelektriko zuzenaren erakustaldia da. Pierre eta Jacques Curie anaien lana izan zen piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatu eta definitu zituena, eta Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalaren Fisika Testu liburua) argitaratu zen. Honek piezoelektrizitaterako gai diren kristal natural klaseak deskribatu ditu eta tentsoreen analisiaren bidez konstante piezoelektrikoak zorrotz definitu ditu, gailu piezoelektrikoen aplikazio praktikoa ekarriz.
Sonarra Lehen Mundu Gerran garatu zen, Paul Langevin frantziarrak eta bere lankideek ultrasoinudun itsaspeko detektagailu bat garatu zutenean. Detektagailu hau altzairuzko plaketan arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez egindako transduktore bat eta transduktoretik maiztasun handiko pultsu bat igorri ondoren itzultzen den oihartzuna detektatzeko hidrofono batek osatzen zuen. Objektu baten gainean errebotatzen duten soinu-uhinen oihartzuna entzuteko behar den denbora neurtuz, objektuaren distantzia kalkulatu ahal izan zuten, piezoelektrizitateaz baliatuz. Proiektu honen arrakastak garapen eta interes bizia sortu zuen gailu piezoelektrikoetan hamarkadetan zehar, material piezoelektriko berriak eta material horien aplikazio berriak esploratu eta garatuz. Gailu piezoelektrikoek alor askotan aurkitu zituzten etxebizitzak, hala nola zeramikazko fonografo-kartutxoak, erreproduzigailuen diseinua sinplifikatu eta disko-jogailu merkeago eta zehatzagoak egiteko, eta eraiki eta mantentzeko merkeago eta errazagoa.
Ultrasoinu-transduktoreen garapenak fluidoen eta solidoen biskositatea eta elastikotasuna erraz neurtzea ahalbidetu zuen, materialen ikerketan aurrerapen handiak emanez. Ultrasoinu-denbora-domeinuko erreflektometroek ultrasoinu-pultsu bat bidaltzen dute material batera eta islak eta etenak neurtzen dituzte fundiziozko metal eta harrizko objektuen barruan akatsak aurkitzeko, egiturazko segurtasuna hobetuz. Bigarren Mundu Gerraren ostean, Estatu Batuetako, Errusiako eta Japoniako ikerketa talde independenteek ferroelektriko izeneko material sintetikoen klase berri bat aurkitu zuten, material naturalak baino konstante piezoelektrikoak askoz ere handiagoak erakusten zituena. Horrek ikerketa bizia ekarri zuen bario titanatoa garatzeko, eta geroago berun zirkonato titanatoa, aplikazio jakinetarako propietate espezifikoak dituzten materialak.
Kristal piezoelektrikoen erabileraren adibide esanguratsu bat Bigarren Mundu Gerraren ondoren Bell Telephone Laboratories-ek garatu zuen. Frederick R. Lack, irrati-telefoniako ingeniaritza sailean lanean,
Prozesu itzulgarria
Piezoelektrizitatea zenbait material solidotan metatzen den karga elektrikoa da, hala nola kristaletan, zeramikatan eta hezurra eta DNA bezalako materia biologikoetan. Material hauek aplikatutako tentsio mekanikoari ematen dioten erantzuna da. 'Piezelektrizitate' hitza grezierazko 'piezein' 'estu' edo 'prentsa' esan nahi duen hitzetatik dator eta 'ēlektron' 'anbarra' esan nahi duena, karga elektrikoaren antzinako iturria.
Efektu piezoelektrikoa inbertsio-simetria duten material kristalinoen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko linealetik sortzen da. Prozesu itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Piezoelektrizitate neurgarria sortzen duten materialen adibideak berun zirkonato titanato kristalak dira. Kristal horien egitura estatikoa deformatzen denean, jatorrizko dimentsiora itzultzen dira, eta, alderantziz, kanpoko eremu elektrikoa aplikatzen denean, haien dimentsio estatikoa aldatzen dute, ultrasoinu-uhinak sortuz.
Jacques eta Pierre Curie fisikari frantsesek piezoelektrizitatea aurkitu zuten 1880an. Geroztik hainbat aplikazio erabilgarritarako ustiatu izan da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzeko, erloju-sorgailuak, gailu elektronikoak, mikrobalantzak, ultrasoinu-toberak gidatzea eta fokatze-multzo optiko ultrafineak. Horrez gain, zunda-mikroskopioen oinarria da, atomoen eskalan irudiak ebatzi ditzaketenak. Piezoelektrizitatea elektronikan anplifikatutako gitarra eta bateria elektroniko modernoen abiarazleetan ere erabiltzen da.
Piezoelektrizitateak eguneroko erabilerak ere aurkitzen ditu, hala nola, sukaldeko eta berotzeko gailuetan, linterna, zigarro-mezgailuetan eta abarretan gasa pizteko txinpartak sortzea. Efektu piroelektrikoa, non material batek potentzial elektrikoa sortzen duen tenperatura-aldaketa bati erantzuteko, Carl Linnaeus, Franz Aepinus eta René Haüy-k aztertu zuten XVIII. mendearen erdialdean, anbararen ezagutzan oinarrituta. Antoine César Becquerelek tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren arteko erlazioa planteatu zuen, baina esperimentuak ez ziren erabakigarriak izan.
Glasgowko Hunterian Museum-era joaten direnek Piezo Crystal Curie Compensator ikus dezakete, Pierre eta Jacques Curie anaiek egindako efektu piezoelektrikoaren zuzeneko erakustaldia. Piroelektrizitateari buruz duten ezagutza eta azpiko kristal-egituren ulermenarekin konbinatuz, piroelektrizitatearen iragarpena eta kristalen portaera aurreikusteko gaitasuna sortu zen. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen efektuarekin frogatu zen. Sodio eta potasio tartrato tetrahidratoak eta kuartzoak ere piezoelektrizitatea erakusten zuen, eta disko piezoelektriko bat erabiltzen zen tentsio bat sortzeko deformazioan. Forma aldaketa hori asko handitu zuten Curiesek alderantzizko efektu piezoelektrikoa iragartzeko. Alderantzizko efektua matematikoki oinarrizko printzipio termodinamikoetatik ondorioztatu zuen Gabriel Lippmannek 1881ean.
Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektua zegoela, eta kristal piezoelektrikoetan deformazio elektro-elasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuten. Hamarkadetan, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen, baina ezinbesteko tresna izan zen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioa aurkitzeko. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egindako lana Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalaren Fisika Testu liburua) argitaratu zuen. Honek piezoelektrizitaterako gai diren kristal natural klaseak deskribatu ditu eta tentsoreen analisia erabiliz konstante piezoelektrikoak zorrotz definitu ditu.
Gailu piezoelektrikoen aplikazio praktikoa, hala nola sonarra, I. Mundu Gerran garatu zen. Frantzian, Paul Langevin-ek eta bere lankideek ultrasoinuzko itsaspeko detektagailu bat garatu zuten. Detektagailu hau altzairuzko plaketan arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez egindako transduktore bat eta itzultzen den oihartzuna detektatzeko hidrofono batek osatzen zuen. Transduktoretik maiztasun handiko pultsu bat igorriz eta objektu baten gainean errebotatzen duten soinu-uhinen oihartzuna entzuteko behar den denbora neurtuz, objektuaren distantzia kalkulatu ahal izan zuten. Piezoelektrizitatea erabili zuten sonar hau arrakastatsua izan dadin. Proiektu honek garapen eta interes bizia sortu zuen gailu piezoelektrikoetan, eta hamarkadetan material piezoelektriko berriak eta material horien aplikazio berriak aztertu eta garatu ziren. Gailu piezoelektrikoak
Zerk eragiten du piezoelektrizitatea?
Atal honetan, piezoelektrizitatearen jatorria eta fenomeno hau erakusten duten material ezberdinak aztertuko ditut. Greziako 'piezein' hitza aztertuko dut, antzinako karga elektrikoaren iturria eta piroelektrizitate efektua. Pierre eta Jacques Curieren aurkikuntzak eta gailu piezoelektrikoen garapena ere arituko naiz XX.
Greziar hitza Piezein
Piezoelektrizitatea zenbait material solidotan karga elektrikoa metatzea da, hala nola kristaletan, zeramikatan eta hezurra eta DNA bezalako materia biologikoan. Material hauek aplikatutako tentsio mekanikoari emandako erantzunaren ondorioz sortzen da. Piezoelektrizitate hitza grezierazko "piezein" hitzetik dator, "estu edo sakatu" esan nahi duena, eta "ēlektron", "anbarra" esan nahi duena, karga elektrikoaren antzinako iturria.
Efektu piezoelektrikoa inbertsio-simetria duten material kristalinoen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko linealetik sortzen da. Prozesu itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Adibidez, berun zirkonato titanato kristalek piezoelektrizitate neurgarria sortzen dute beren egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Aitzitik, kristalek beren dimentsio estatikoa alda dezakete kanpoko eremu elektriko bat aplikatzen denean, alderantzizko efektu piezoelektriko gisa ezagutzen dena eta ultrasoinu-uhinen ekoizpena dena.
Jacques eta Pierre Curie fisikari frantsesek piezoelektrizitatea aurkitu zuten 1880an. Efektu piezoelektrikoa aplikazio erabilgarri askotarako ustiatu izan da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzeko, erloju-sorgailuak eta mikrobalantzak bezalako gailu elektronikoetarako. , ultrasoinu-toberak gidatzea eta fokatze-multzo optiko ultrafineak. Mikroskopio-zunda-mikroskopioen oinarria ere osatzen du, atomoen eskalan irudiak ebatzi ditzaketenak. Piezoelektrizitatea elektronikan anplifikatutako gitarra eta bateria elektroniko modernoen abiarazleetan ere erabiltzen da.
Piezoelektrizitateak eguneroko erabilerak aurkitzen ditu, hala nola txinpartak sortzea sukaldeko eta berotzeko gailuetan, linterna, zigarro-mezgailuetan eta abarretan gasa pizteko. Efektu piroelektrikoa, hau da, potentzial elektrikoa sortzea tenperatura aldaketa bati erantzunez, Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek XVIII. tentsio mekanikoa eta karga elektrikoa. Esperimentuak ez ziren erabakigarriak izan.
Eskoziako museoan, bisitariek Curie konpentsatzaile piezokristal bat ikus dezakete, Pierre eta Jacques Curie anaiek egindako efektu piezoelektrikoaren zuzeneko erakustaldia. Piroelektrizitateari buruzko ezagutza eta azpiko kristal-egituren ulermenarekin konbinatuz, piroelektrizitatearen iragarpena eta kristalen portaera aurreikusteko gaitasuna sortu zen. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen eraginez frogatu zen. Rochelle gatzaren sodio potasio tartrato tetrahidratoak eta kuartzoak piezoelektrizitatea erakusten du, eta disko piezoelektriko batek tentsioa sortzen du deformatzen denean. Forma aldaketa hori asko gehiegizkoa da Curiesen manifestazioan.
Curies-ek kristal piezoelektrikoetan deformazio elektro-elasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuen. Hamarkadetan zehar, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioaren aurkikuntzan ezinbesteko tresna bihurtu zen arte. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egindako lana Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalaren Fisika Testu liburua) argitaratu zuen. Honek piezoelektrizitaterako gai diren kristal natural klaseak deskribatu ditu eta tentsoreen analisiaren bidez konstante piezoelektrikoak zorrotz definitu ditu.
Piezoelektrizitatearen aplikazio praktiko honek sonarra garatu zuen I. Mundu Gerran. Frantzian, Paul Langevinek eta bere lankideek ultrasoinudun itsaspeko detektagailu bat garatu zuten. Detektagailua altzairuzko plaketan arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez egindako transduktore bat zen, hidrofono izenekoa, maiztasun handiko pultsu bat igorri ondoren itzultzen den oihartzuna detektatzeko. Transduktoreak objektu baten gainean errebotatzen duten soinu-uhinen oihartzuna entzuteko behar zen denbora neurtu zuen objektuaren distantzia kalkulatzeko. Sonar-en piezoelektrizitatea erabiltzea arrakastatsua izan zen, eta proiektuak garapen eta interes bizia sortu zuen gailu piezoelektrikoetan hamarkadetan zehar.
Material piezoelektriko berriak eta material hauentzako aplikazio berriak aztertu eta garatu ziren, eta gailu piezoelektrikoek alor askotan etxeak aurkitu zituzten, hala nola, zeramikazko fonografo-kartutxoak, erreproduzigailuaren diseinua sinplifikatu zutenak eta disko-jogailu merkeagoak, zehatzagoak, mantentzeak eta errazagoak zirenak. eraiki. Garapena
Karga elektrikoaren antzinako iturria
Piezoelektrizitatea zenbait material solidotan metatzen den karga elektrikoa da, hala nola kristaletan, zeramikatan eta hezur eta DNA bezalako materia biologikoetan. Materialak aplikatutako tentsio mekanikoari emandako erantzunaren ondorioz sortzen da. 'Piezelektrizitate' hitza grezierazko 'piezein' hitzetik dator, hau da, 'estu edo sakatu' esan nahi duena, eta 'elektron' hitza, 'anbarra' esan nahi duena, antzinako karga elektrikoaren iturria.
Efektu piezoelektrikoa inbertsio-simetria duten material kristalinoen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko linealetik sortzen da. Prozesu itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Adibidez, berun zirkonato titanato kristalek piezoelektrizitate neurgarria sortzen dute beren egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Alderantziz, kanpoko eremu elektrikoa aplikatzen denean, kristalek beren dimentsio estatikoa aldatzen dute alderantzizko efektu piezoelektriko batean, ultrasoinu-uhinak sortuz.
Efektu piezoelektrikoa Jacques eta Pierre Curie fisikari frantsesek aurkitu zuten 1880an. Hainbat aplikazio erabilgarritarako ustiatzen da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzeko, erloju-sorgailuak eta gailu elektronikoak bezalako mikrobalantzak eta ultrasoinu-toberak gidatzeko multzo optikoen fokatze ultrafinetarako. Horrez gain, zunda-mikroskopioen oinarria da, atomoen eskalan irudiak ebazteko erabiltzen direnak. Piezoelektrizitatea elektronikan anplifikatutako gitarra eta bateria elektroniko modernoen abiarazleetan ere erabiltzen da.
Piezoelektrizitateak eguneroko erabilerak aurkitzen ditu sukaldeko eta berotzeko gailuetan, linterna, zigarro-mezgailuetan eta abarretan gasa pizteko txinpartak sortzeko. Efektu piroelektrikoa, hau da, potentzial elektrikoaren ekoizpena tenperatura aldaketa bati erantzunez, Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek XVIII. estresa eta karga elektrikoa. Hala ere, haien esperimentuak ez ziren erabakigarriak izan.
Eskoziako Hunterian Museum-en kristal piezoelektriko baten eta Curie konpentsagailuaren ikuspegiak efektu piezoelektriko zuzena erakusten du. Pierre eta Jacques Curie anaien lana izan zen piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatu eta definitu zituena, eta Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalaren Fisika Testu liburua) argitaratu zen. Honek piezoelektrizitaterako gai diren kristal natural klaseak deskribatu ditu eta tentsoreen analisiaren bidez konstante piezoelektrikoak zorrotz definitu ditu, gailu piezoelektrikoen aplikazio praktikoa ahalbidetuz.
Sonarra Lehen Mundu Gerran garatu zuten Paul Langevin frantsesak eta bere lankideek, ultrasoinudun itsaspeko detektagailu bat garatu zutenak. Detektagailua altzairuzko plaketan arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez egindako transduktore bat eta itzultzen den oihartzuna detektatzeko hidrofono batek osatzen zuen. Transduktoretik maiztasun handiko pultsu bat igorri eta objektu baten gainean errebotatzen duten soinu-uhinen oihartzuna entzuteko behar den denbora neurtuz, objektuarekiko distantzia kalkulatu ahal izan zuten. Piezoelektrizitatea erabili zuten sonar hau arrakastatsua izan dadin. Proiektuak garapen eta interes bizia sortu zuen gailu piezoelektrikoetan hamarkadetan zehar.
Piroelektrizitatea
Piezoelektrizitatea material batzuek aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko karga elektrikoa pilatzeko duten gaitasuna da. Inbertsio-simetria duten material kristalinoen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko lineala da. "Piezelektrizitate" hitza grezierazko "piezein" hitzetik dator, hau da, "estu edo sakatu" esan nahi du, eta grezierazko "ēlektron", "anbarra" esan nahi du, antzinako karga elektrikoaren iturria.
Efektu piezoelektrikoa Jacques eta Pierre Curie fisikari frantsesek aurkitu zuten 1880an. Prozesu itzulgarria da, hau da, efektu piezoelektrikoa erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Piezoelektrizitate neurgarria sortzen duten materialen adibideak berun zirkonato titanato kristalak dira. Egitura estatiko bat deformatzen denean, jatorrizko dimentsiora itzultzen da. Alderantziz, kanpoko eremu elektrikoa aplikatzen denean, alderantzizko efektu piezoelektrikoa sortzen da, ultrasoinu-uhinak sortzen direlarik.
Efektu piezoelektrikoa aplikazio erabilgarri askotarako ustiatzen da, besteak beste, soinuaren ekoizpena eta detekzioa, tintazko inprimaketa piezoelektrikoa, tentsio handiko elektrizitatea sortzea, erloju-sorgailuak eta gailu elektronikoak, hala nola mikrobalantzak, ultrasoinu-toberak gidatzeko eta fokatze-multzo optiko ultrafineak. Zunda-mikroskopioen miaketa-oinarria ere bada, atomoen eskalan irudiak ebazteko erabiltzen direnak. Elektrizitate piezoelektrizitatea elektronikan anplifikatutako gitarretarako pickupetan eta bateria elektroniko modernoen abiarazleetan ere erabiltzen da.
Piezoelektrizitateak eguneroko erabilerak aurkitzen ditu, hala nola txinpartak sortzea egosteko eta berotzeko gailuetan, linterna, zigarro-mezgailuetan eta abar. Efektu piroelektrikoa, hau da, potentzial elektrikoaren ekoizpena tenperatura aldaketa bati erantzunez, Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek XVIII. tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren artean. Hala ere, esperimentuek ez zuten frogatu.
Eskoziako Curie Compensator Museum-eko kristal piezoelektriko baten bista zuzeneko efektu piezoelektrikoaren erakusgarri da. Pierre eta Jacques Curie anaiek piroelektrizitateari buruzko ezagutza eta azpiko kristal-egituren ulermena uztartu zituzten, piroelektrizitatearen ulermena eta kristalaren portaera iragartzeko. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen efektuan frogatu zen. Sodio potasio tartrato tetrahidratoak eta kuartzoak piezoelektrizitatea erakusten zuten, eta disko piezoelektriko bat erabiltzen zen tentsio bat sortzeko deformazioan. Hau Curies-ek asko handitu zuen alderantzizko efektu piezoelektrikoa iragartzeko. Alderantzizko efektua matematikoki ondorioztatu zuen oinarrizko printzipio termodinamikoek Gabriel Lippmannek 1881ean.
Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektua zegoela, eta kristal piezoelektrikoetan deformazio elektro-elasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuten. Ondorengo hamarkadetan, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioa aurkitzean ezinbesteko tresna bihurtu zen arte. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egindako lana Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalaren Fisika Testu liburua) argitaratu zuen.
Sonar-aren garapena arrakastatsua izan zen, eta proiektuak garapen eta interes bizia sortu zuen gailu piezoelektrikoetan. Hurrengo hamarkadetan, material piezoelektriko berriak eta material horien aplikazio berriak aztertu eta garatu ziren. Gailu piezoelektrikoek alor askotan aurkitu zituzten etxeak, hala nola zeramikazko fonografo-kartutxoak, erreproduzigailuaren diseinua sinplifikatu eta disko-jogailu merkeagoak eta zehatzagoak egiteko, mantentze merkeagoak eta eraikitzeko errazagoak zirenak. Ultrasoinu-transduktoreen garapenari esker, fluidoen eta solidoen biskositatea eta elastikotasuna erraz neurtu ahal izan dira, materialen ikerketan aurrerapen handiak emanez. Ultrasoinu-denbora-domeinuko erreflektometroek ultrasoinu-pultsu bat bidaltzen dute material batera eta islak eta etenak neurtzen dituzte fundiziozko metal eta harrizko objektuen barruan akatsak aurkitzeko, egiturazko segurtasuna hobetuz.
Bigarren Mundu Gerraren ostean, Estatu Batuetako, Errusiako eta Japoniako ikerketa talde independenteek ferroelektriko izeneko material sintetikoen klase berri bat aurkitu zuten, zeinak konstante piezoelektrikoak erakusten zituena.
Material piezoelektrikoak
Atal honetan, efektu piezoelektrikoa erakusten duten materialei buruz arituko naiz, hau da, material jakin batzuek karga elektrikoa metatzeko duten gaitasuna aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko. Kristalak, zeramika, materia biologikoa, hezurra, DNA eta proteinak aztertuko ditut, eta efektu piezoelektrikoari nola erantzuten dioten.
Kristala
Piezoelektrizitatea material batzuek aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko karga elektrikoa pilatzeko duten gaitasuna da. Piezoelektrizitate hitza grezierazko πιέζειν (piezein) "estu" edo "sakatu" esan nahi duten hitzetatik eta ἤλεκτρον (ēlektron) "anbarra" esan nahi du, antzinako karga elektrikoaren iturria. Material piezoelektrikoen artean kristalak, zeramika, materia biologikoa, hezurra, DNA eta proteinak daude.
Piezoelektrizitatea inbertsio-simetria duten material kristalinoetako egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko lineala da. Efektu hau itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Piezoelektrizitate neurgarria sortzen duten materialen adibideen artean berun zirkonato titanatozko kristalak daude, jatorrizko dimentsiora deformatu daitezkeenak edo, alderantziz, dimentsio estatikoa aldatzen duten kanpoko eremu elektrikoa aplikatzen denean. Alderantzizko efektu piezoelektriko gisa ezagutzen da, eta ultrasoinu-uhinak sortzeko erabiltzen da.
Jacques eta Pierre Curie fisikari frantziarrek piezoelektrizitatea aurkitu zuten 1880an. Efektu piezoelektrikoa hainbat aplikazio erabilgarritarako ustiatu izan da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzeko, erloju-sorgailuak eta gailu elektronikoak, hala nola. mikrobalantzak, ultrasoinu-toberak gidatzea eta fokatze-multzo optiko ultrafineak bezala. Horrez gain, zunda-mikroskopioen oinarria da, atomoen eskalan irudiak ebazteko erabiltzen direnak. Elektronikoki anplifikatutako gitarretan eta bateria elektroniko modernoetan abiarazleak ere erabiltzen dira piezoelektrikoak.
Piezoelektrizitateak eguneroko erabilerak ditu sukaldeko eta berotzeko gailuetan gasa pizteko txinpartak sortzeko, baita linterna eta pizgailuetan ere. Efektu piroelektrikoa, hau da, potentzial elektrikoa sortzea tenperatura aldaketa bati erantzunez, Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek XVIII. estresa eta karga elektrikoa. Teoria hau frogatzeko esperimentuak ez ziren erabakigarriak.
Eskoziako Hunterian Museum-eko Curie konpentsatzailean dagoen kristal piezoelektriko baten ikuspegia efektu piezoelektriko zuzenaren erakusgarri da. Pierre eta Jacques Curie anaiek piroelektrizitateari buruzko ezagutza eta azpiko kristal-egituren ulermena uztartu zituzten piroelektrizitatearen iragarpena sortzeko. Kristalen portaera aurreikusteko gai izan ziren eta turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristaletan duten eragina frogatu zuten. Sodio potasio tartrato tetrahidratoak eta kuartzoak ere piezoelektrizitatea erakusten zuen. Disko piezoelektriko batek tentsioa sortzen du deformatzen denean; forma aldaketa asko gehiegizkoa da Curiesen manifestazioan.
Gainera, alderantzizko efektu piezoelektrikoa aurreikusteko eta horren atzean dauden oinarrizko printzipio termodinamikoak matematikoki ondorioztatu ahal izan zituzten. Gabriel Lippmann-ek 1881ean egin zuen. Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektua zegoela, eta kristal piezoelektrikoetan deformazio elektroelasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuen.
Hamarkadetan, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen, baina ezinbesteko tresna izan zen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioa aurkitzeko. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egin zuten lana Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalaren Fisika Testu liburua) argitaratu zenean, piezoelektrizitaterako gai diren kristal-klase naturalak deskribatu zituen eta tentsoreen analisia erabiliz konstante piezoelektrikoak zorroztasunez definitu zituen.
Sonareko gailu piezoelektrikoen aplikazio praktikoa I. Mundu Gerran garatu zen. Frantzian, Paul Langevinek eta bere lankideek ultrasoinuzko itsaspeko detektagailu bat garatu zuten. Detektagailu hau altzairuzko plaketan arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez osatutako transduktore bat zen, hidrofono izenekoa, maiztasun handiko pultsu bat igorri ondoren itzultzen den oihartzuna detektatzeko. Objektu baten gainean errebotatzen diren soinu-uhinen oihartzuna entzuteko behar den denbora neurtuz, objektuarekiko distantzia kalkulatu ahal izan zuten. Sonareko piezoelektrizitatearen erabilera honek arrakasta izan zuen, eta proiektuak garapen eta interes bizia sortu zuen gailu piezoelektrikoetan hamarkadetan zehar.
Zeramika
Material piezoelektrikoak aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko karga elektrikoa metatzen duten solidoak dira. Piezoelektrizitatea πιέζειν (piezein) "estu" edo "sakatu" esan nahi duten eta ἤλεκτρον (ēlektron) "anbarra" esan nahi duten hitzetatik dator, antzinako karga elektrikoaren iturria. Material piezoelektrikoak hainbat aplikaziotan erabiltzen dira, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak eta tentsio handiko elektrizitatea sortzeko.
Material piezoelektrikoak kristaletan, zeramikatan, materia biologikoan, hezurretan, DNAn eta proteinetan aurkitzen dira. Zeramika dira eguneroko aplikazioetan erabiltzen diren material piezoelektrikorik ohikoenak. Zeramika oxido metalikoen konbinazio batekin egiten da, hala nola berun zirkonato titanatoarekin (PZT), zeinak tenperatura altuetara berotzen diren solido bat sortzeko. Zeramika oso iraunkorrak dira eta muturreko tenperaturak eta presioak jasan ditzakete.
Zeramika piezoelektrikoek hainbat erabilera dituzte, besteak beste:
• Sukaldatzeko eta berotzeko gailuetarako gasa pizteko txinpartak sortzea, adibidez, linterna eta pizgailuetarako.
• Irudi medikoetarako ultrasoinu-uhinak sortzea.
• Erloju-sorgailuetarako eta gailu elektronikoetarako tentsio handiko elektrizitatea sortzea.
• Mikrobalantzak sortzea, doitasun-pisuetan erabiltzeko.
• Ultrasoinu-toberak gidatzea multzo optikoen fokatze ultrafinetarako.
• Atomoen eskalan irudiak ebatzi ditzaketen zunda-mikroskopioen oinarria osatzea.
• Elektronikoki anplifikatutako gitarrak eta bateria elektroniko modernoentzako abiarazleak.
Zeramika piezoelektrikoak aplikazio ugaritan erabiltzen dira, kontsumo-elektroniketatik hasi eta irudi medikoetaraino. Oso iraunkorrak dira eta muturreko tenperaturak eta presioak jasan ditzakete, hainbat industriatan erabiltzeko aproposa da.
Materia Biologikoa
Piezoelektrizitatea material batzuek aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko karga elektrikoa pilatzeko duten gaitasuna da. Grezierazko 'piezein' hitzetik dator, 'estu edo sakatu' esan nahi duena, eta 'ēlektron', 'anbarra' esan nahi duena, karga elektrikoaren antzinako iturria.
Hezurra, DNA eta proteinak bezalako materia biologikoa piezoelektrizitatea erakusten duten materialen artean daude. Efektu hau itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Material horien adibide dira berun zirkonato titanato kristalak, neurtzeko piezoelektrizitatea sortzen duten egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Alderantziz, kanpoko eremu elektrikoa aplikatzen denean, kristalek beren dimentsio estatikoa aldatzen dute, ultrasoinu-uhinak sortzen dituzte alderantzizko efektu piezoelektrikoaren bidez.
Piezoelektrizitatearen aurkikuntza Jacques eta Pierre Curie fisikari frantsesek egin zuten 1880an. Geroztik hainbat aplikazio erabilgarritarako ustiatu izan da, hala nola:
• Soinuaren ekoizpena eta detekzioa
• Tintazko inprimaketa piezoelektrikoa
• Goi-tentsioko elektrizitatea sortzea
• Erloju-sorgailua
• Gailu elektronikoak
• Mikrobalantzak
• Ultrasoinu-toberak gidatu
• Fokatze-multzo optiko ultrafineak
• Mikro-zunda-mikroskopioen oinarria osatzen du
• Irudiak atomoen eskalan ebatzi
• Elektronikoki anplifikatutako gitarretako pickupak
• Bateria elektroniko modernoetan abiarazleak
Piezoelektrizitatea eguneroko gauzetan ere erabiltzen da, hala nola gasa egosteko eta berotzeko gailuetan, linterna, zigarro-mezgailuetan eta abar. Efektu piroelektrikoa, hau da, potentzial elektrikoaren ekoizpena tenperatura aldaketa bati erantzunez, Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek aztertu zuten XVIII. René Haüy eta Antoine César Becquerelen ezagutzatik abiatuta, tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren arteko erlazioa planteatu zuten, baina haien esperimentuak ez ziren erabakigarriak izan.
Eskoziako Hunterian Museum-eko Curie Compensator-eko kristal piezoelektriko baten bista efektu piezoelektriko zuzenaren erakusgarri da. Pierre eta Jacques Curie anaiek piroelektrizitateari buruzko ezagutza eta azpiko kristal-egituren ulermena uztartu zituzten piroelektrizitatearen iragarpena eta kristalaren portaera iragartzeko. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen eraginez frogatu zen. Sodio eta potasio tartrato tetrahidratoak eta kuartzoak ere piezoelektrizitatea erakusten zuen, eta disko piezoelektriko bat erabiltzen zen tentsio bat sortzeko deformazioan. Efektu hori asko handitu zuten Curies-ek alderantzizko efektu piezoelektrikoa iragartzeko. Alderantzizko efektua matematikoki oinarrizko printzipio termodinamikoetatik ondorioztatu zuen Gabriel Lippmannek 1881ean.
Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektua zegoela, eta kristal piezoelektrikoetan deformazio elektro-elasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuten. Hamarkadetan zehar, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioaren aurkikuntzan ezinbesteko tresna bihurtu zen arte. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egin zuten lana Woldemar Voigt-en 'Lehrbuch der Kristallphysik' (Kristal-fisikako testu liburua) argitaratu zuen.
Bone
Piezoelektrizitatea material batzuek aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko karga elektrikoa pilatzeko duten gaitasuna da. Hezurra fenomeno hau erakusten duen material horietako bat da.
Hezurra proteina eta mineralez osatuta dagoen materia biologiko mota bat da, kolagenoa, kaltzioa eta fosforoa barne. Material biologiko guztietan piezoelektrikoena da, eta tentsio bat sortzeko gai da tentsio mekanikoa jasaten duenean.
Hezurren efektu piezoelektrikoa bere egitura bereziaren ondorioa da. Mineral-matrize batean txertatutako kolageno-zuntz sare batez osatuta dago. Hezurra tentsio mekanikoa jasaten denean, kolageno-zuntzak mugitzen dira, mineralak polarizatu eta karga elektrikoa sortuz.
Hezurren efektu piezoelektrikoak aplikazio praktiko ugari ditu. Medikuntza-irudietan erabiltzen da, hala nola ultrasoinuak eta X izpien irudiak, hezur-hausturak eta bestelako anomaliak detektatzeko. Hezur-eroapeneko audifonoetan ere erabiltzen da, efektu piezoelektrikoa erabiltzen duten soinu-uhinak zuzenean barne belarrira bidaltzen diren seinale elektriko bihurtzeko.
Hezurren efektu piezoelektrikoa inplante ortopedikoetan ere erabiltzen da, hala nola artikulazio artifizialetan eta gorputz-adarretan protesikoetan. Inplanteek efektu piezoelektrikoa erabiltzen dute energia mekanikoa energia elektriko bihurtzeko, eta gero gailua elikatzeko erabiltzen da.
Horrez gain, hezurren efektu piezoelektrikoa aztertzen ari dira tratamendu mediko berriak garatzeko. Esaterako, ikertzaileak piezoelektrizitatearen erabilera ikertzen ari dira hezurren hazkundea suspertzeko eta kaltetutako ehunak konpontzeko.
Oro har, hezurren efektu piezoelektrikoa fenomeno liluragarria da, aplikazio praktiko ugari dituena. Hainbat aplikazio mediko eta teknologikotan erabiltzen ari da, eta tratamendu berrien garapenean erabiltzeko aztertzen ari da.
DNA
Piezoelektrizitatea material batzuek aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko karga elektrikoa pilatzeko duten gaitasuna da. DNA da efektu hori erakusten duen material horietako bat. DNA izaki bizidun guztietan aurkitzen den molekula biologikoa da eta lau nukleotido basez osatuta dago: adenina (A), guanina (G), zitosina (C) eta timina (T).
DNA molekula konplexua da, tentsio mekanikoa jasaten denean karga elektrikoa sortzeko erabil daitekeena. Hori gertatzen da DNA molekulak hidrogeno-loturen bidez elkartzen diren bi nukleotido katez osatuta daudelako. Lotura hauek hausten direnean, karga elektrikoa sortzen da.
DNAren efektu piezoelektrikoa hainbat aplikaziotan erabili da, besteak beste:
• Inplante medikoetarako elektrizitatea sortzea
• Zeluletan indar mekanikoak detektatu eta neurtzea
• Nanoeskalako sentsoreak garatzea
• DNA sekuentziatzeko biosentsoreak sortzea
• Irudiak egiteko ultrasoinu-uhinak sortzea
DNAren efektu piezoelektrikoa ere aztertzen ari da material berrien garapenean izan dezakeen erabileragatik, hala nola nanohariak eta nanohodiak. Material hauek hainbat aplikaziotarako erabil litezke, energia biltegiratzeko eta sentsoreetarako barne.
DNAren efektu piezoelektrikoa sakon aztertu da eta estres mekanikoarekiko oso sentikorra dela ikusi da. Horrek tresna baliotsu bihurtzen du material eta teknologia berriak garatu nahi dituzten ikertzaile eta ingeniarientzat.
Ondorioz, DNA efektu piezoelektrikoa erakusten duen materiala da, hau da, aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko karga elektrikoa pilatzeko gaitasuna. Efektu hau hainbat aplikaziotan erabili da, besteak beste, inplante medikoak, nanoeskalako sentsoreak eta DNAren sekuentziazioa. Era berean, material berrien garapenean izan dezakeen erabilera aztertzen ari da, hala nola nanohariak eta nanohodiak.
Proteinak
Piezoelektrizitatea material batzuek aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko karga elektrikoa pilatzeko duten gaitasuna da. Material piezoelektrikoek, hala nola proteinak, kristalak, zeramika eta hezurra eta DNA bezalako materia biologikoa, efektu hori erakusten dute. Proteinak, bereziki, material piezoelektriko berezia dira, karga elektrikoa sortzeko deformatu daitezkeen aminoazidoen egitura konplexu batez osatuta baitaude.
Proteinak dira material piezoelektrikorik ugariena, eta hainbat formatan aurkitzen dira. Entzima, hormona eta antigorputz moduan aurki daitezke, baita kolagenoa eta keratina bezalako egitura-proteina moduan ere. Proteinak muskulu-proteinetan ere aurkitzen dira, muskuluen uzkurduraz eta erlaxazioaz arduratzen direnak.
Proteinen efektu piezoelektrikoa aminoazidoen egitura konplexu batez osatuta egoteari zor zaio. Aminoazido hauek deformatzen direnean karga elektrikoa sortzen dute. Karga elektriko hori hainbat gailu elikatzeko erabil daiteke, hala nola sentsoreak eta eragingailuak.
Proteinak hainbat aplikazio medikotan ere erabiltzen dira. Adibidez, gorputzean proteina jakin batzuen presentzia detektatzeko erabiltzen dira, gaixotasunak diagnostikatzeko erabil daitezkeenak. Bakterio eta birus jakin batzuen presentzia detektatzeko ere erabiltzen dira, infekzioak diagnostikatzeko erabil daitezkeenak.
Proteinak industria-aplikazio ezberdinetan ere erabiltzen dira. Esaterako, hainbat prozesu industrialetarako sentsoreak eta eragingailuak sortzeko erabiltzen dira. Hegazkinen eta bestelako ibilgailuen eraikuntzan erabil daitezkeen materialak sortzeko ere erabiltzen dira.
Ondorioz, proteinak material piezoelektriko berezia dira, hainbat aplikaziotan erabil daitekeena. Karga elektrikoa sortzeko deformatu daitekeen aminoazidoen egitura konplexu batez osatuta daude, eta hainbat aplikazio mediko eta industrialetan erabiltzen dira.
Energia-bilketa piezoelektrizitatearekin
Atal honetan, piezoelektrizitatea energia biltzeko nola erabil daitekeen eztabaidatuko dut. Piezoelektrizitatearen hainbat aplikazio aztertuko ditut, tintazko inprimaketa piezoelektrikotik hasi eta erloju-sorgailuetara eta mikrobalantzaraino. Piezoelektrizitatearen historia ere aztertuko dut, Pierre Curie-k aurkitu zuenetik Bigarren Mundu Gerran erabili zuen arte. Azkenik, industria piezoelektrikoaren egungo egoera eta hazkuntza gehiagorako potentziala eztabaidatuko dut.
Inprimaketa piezoelektrikoa tintazko inprimaketa
Piezoelektrizitatea material batzuek aplikatutako tentsio mekanikoari erantzunez karga elektrikoa sortzeko duten gaitasuna da. "Piezelektrizitate" hitza grezierazko "piezein" (estu edo sakatu) eta "elektron" (anbarra) hitzetatik dator, antzinako karga elektrikoaren iturria. Material piezoelektrikoak, hala nola kristalak, zeramika eta hezurra eta DNA bezalako materia biologikoa, hainbat aplikaziotan erabiltzen dira.
Piezoelektrizitatea tentsio handiko elektrizitatea sortzeko erabiltzen da, erloju-sorgailu gisa, gailu elektronikoetan eta mikrobalantzetan. Ultrasoinu-toberak eta fokatze-multzo optiko ultrafineak gidatzeko ere erabiltzen da. Tintazko inprimaketa piezoelektrikoa teknologia honen aplikazio ezaguna da. Inprimaketa mota bat da, kristal piezoelektrikoak erabiltzen dituena maiztasun handiko bibrazioa sortzeko, eta tinta-tantak orri batera botatzeko erabiltzen dena.
Piezoelektrizitatearen aurkikuntza 1880. urtekoa da, Jacques eta Pierre Curie fisikari frantsesek efektua aurkitu zutenean. Orduz geroztik, efektu piezoelektrikoa hainbat aplikazio erabilgarritarako aprobetxatu da. Piezoelektrizitatea eguneroko gauzetan erabiltzen da, hala nola gasa egosteko eta berotzeko gailuetan, linterna, zigarro-mezgailuetan eta elektronikan anplifikatutako gitarretan eta bateria elektroniko modernoetako abiarazleetan.
Ikerketa zientifikoan ere erabiltzen da piezoelektrizitatea. Mikroskopio-zunda eskaneatzeko oinarria da, atomoen eskalan irudiak ebazteko erabiltzen direnak. Ultrasoinuen denbora-domeinuko erreflektometroetan ere erabiltzen da, ultrasoinu-pultsuak material batera bidaltzen dituztenak eta islak neurtzen dituzten etenak detektatzeko eta fundiziozko metal eta harrizko objektuen barruan akatsak aurkitzeko.
Gailu eta materialen piezoelektrikoen garapena errendimendu hobearen eta fabrikazio prozesu errazenen beharrak bultzatu du. Estatu Batuetan, erabilera komertzialerako kuartzozko kristalen garapena industria piezoelektrikoaren hazkuntzan faktore nagusia izan da. Aitzitik, fabrikatzaile japoniarrak informazioa azkar partekatzeko eta aplikazio berriak garatzeko gai izan dira, Japoniako merkatuan hazkunde azkarra eraginez.
Piezoelektrizitateak energia erabiltzeko modua irauli du, eguneroko elementuetatik hasi eta ikerketa zientifiko aurreratuetaraino. Teknologia polifazetikoa da, material eta aplikazio berriak arakatu eta garatzeko aukera eman diguna, eta gure bizitzako zati garrantzitsu bat izaten jarraituko du datozen urteetan.
Goi Tentsioko Elektrizitatea Sortzea
Piezoelektrizitatea material solido batzuek karga elektrikoa metatzeko duten gaitasuna da, aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko. "Piezelektrizitate" hitza grezierazko "piezein" "estu" edo "prentsa" esan nahi du eta "ēlektron" "anbarra" esan nahi du, karga elektrikoaren antzinako iturria. Piezoelektrizitatea inbertsio-simetria duten material kristalinoetako egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko lineala da.
Efektu piezoelektrikoa prozesu itzulgarria da; Piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Adibidez, berun zirkonato titanato kristalek piezoelektrizitate neurgarria sortzen dute beren egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Aitzitik, kristalek beren dimentsio estatikoa alda dezakete kanpoko eremu elektriko bat aplikatzen denean, alderantzizko efektu piezoelektriko gisa ezagutzen den fenomenoa, ultrasoinu-uhinen ekoizpenean erabiltzen dena.
Efektu piezoelektrikoa hainbat aplikaziotan erabiltzen da, tentsio handiko elektrizitatea sortzea barne. Material piezoelektrikoak soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoetan, erloju-sorgailuetan, gailu elektronikoetan, mikrobalantzetan, ultrasoinu-toberetan eta fokatze-multzo optiko ultrafinetan erabiltzen dira.
Piezoelektrizitatea eguneroko aplikazioetan ere erabiltzen da, hala nola, sukaldeko eta berotzeko gailuetan gasa pizteko txinpartak sortzeko, linterna, zigarro-mezgailuetan eta efektu piroelektrikoko materialetan, potentzial elektrikoa sortzen baitute tenperatura-aldaketa bati erantzuteko. Efektu hau Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek XVIII. mendearen erdialdean aztertu zuten, René Haüy eta Antoine César Becquerel-en ezagutzatik abiatuta, tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren arteko erlazioa jarri baitzuten, nahiz eta haien esperimentuak ez ziren frogatu.
Piroelektrizitatearen ezagutza eta azpian dauden kristal-egituren ulermenak piroelektrizitatearen iragarpena eta kristalen portaera aurreikusteko gaitasuna sortu zuten. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen eraginez frogatu zen. Sodio potasio tartrato tetrahidratoak eta kuartzoak ere piezoelektrizitatea erakusten zuen, eta disko piezoelektriko bat erabiltzen zen tentsio bat sortzeko deformazioan. Hau asko exageratu zen Curies-ek zuzeneko efektu piezoelektrikoaren erakustaldian.
Pierre eta Jacques Curie anaiek kristal piezoelektrikoetan deformazio elektro-elasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuten. Hamarkadetan, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen, baina ezinbesteko tresna izan zen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioa aurkitzeko. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egin zuten lana Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalaren Fisika Testu liburua) argitaratu zenean, piezoelektrizitaterako gai diren kristal-klase naturalak deskribatu zituen eta tentsoreen analisia erabiliz konstante piezoelektrikoak zorroztasunez definitu zituen.
Gailu piezoelektrikoen aplikazio praktikoa Sonar-aren garapenarekin hasi zen Mundu Gerran. Frantzian, Paul Langevin-ek eta bere lankideek ultrasoinu-detektagailu bat garatu zuten. Detektagailua altzairuzko xaflei arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez egindako transduktore bat eta itzultzen den oihartzuna detektatzeko hidrofono batek osatzen zuen. Transduktoretik maiztasun handiko pultsu bat igorriz eta objektu baten gainean errebotatzen duten soinu-uhinen oihartzuna entzuteko behar den denbora neurtuz, objektuaren distantzia kalkulatu ahal izan zuten. Piezoelektrizitatea erabili zuten sonarra arrakasta izateko, eta proiektuak garapen eta interes bizia sortu zuen gailu piezoelektrikoetan hurrengo hamarkadetan.
Material piezoelektriko berriak eta material horien aplikazio berriak aztertu eta garatu ziren. Gailu piezoelektrikoek hainbat esparrutan aurkitu zituzten etxebizitzak, hala nola zeramikazko fonografo-kartutxoak, erreproduzigailuaren diseinua sinplifikatu eta disko-jogailu merkeagoak eta zehatzagoak egiteko, mantentze merkeagoak eta eraikitzeko errazagoak zirenak. Ultrasoinu-transduktoreen garapenari esker, fluidoen eta solidoen biskositatea eta elastikotasuna erraz neurtu ahal izan dira, materialen ikerketan aurrerapen handiak emanez. Ultrasoinu-denbora-domeinuko erreflektometroek ultrasoinu-pultsu bat bidaltzen dute material batera eta islak eta etenak neurtzen dituzte fundiziozko metal eta harrizko objektuen barruan akatsak aurkitzeko, egiturazko segurtasuna hobetuz.
Bigarren Mundu Gerran Estatu Batuetako, Errusiako eta Japoniako ikerketa talde independenteek fer izeneko material sintetikoen klase berri bat aurkitu zuten.
Erloju Sortzailea
Piezoelektrizitatea material batzuek aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko karga elektrikoa pilatzeko duten gaitasuna da. Fenomeno hau hainbat aplikazio erabilgarri sortzeko erabili da, tartean erloju-sorgailuak. Erloju-sorgailuak piezoelektrizitatea erabiltzen duten gailuak dira seinale elektrikoak denbora zehatzarekin sortzeko.
Erloju-sorgailuak hainbat aplikaziotan erabiltzen dira, hala nola ordenagailuetan, telekomunikazioetan eta automozio sistemetan. Gailu medikoetan ere erabiltzen dira, taupada-markagailuetan bezala, seinale elektrikoen denbora zehatza ziurtatzeko. Erloju-sorgailuak automatizazio industrialean eta robotikan ere erabiltzen dira, non denbora zehatza ezinbestekoa den.
Efektu piezoelektrikoa inbertsio-simetria duten material kristalinoetan egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko linealean oinarritzen da. Efektu hori itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek ere tentsio mekanikoa sor dezakete eremu elektriko bat aplikatzen denean. Alderantzizko efektu piezoelektriko gisa ezagutzen da eta ultrasoinu uhinak sortzeko erabiltzen da.
Erloju-sorgailuek alderantzizko efektu piezoelektriko hau erabiltzen dute seinale elektrikoak denbora zehatzarekin sortzeko. Material piezoelektrikoa eremu elektriko batek deformatzen du, eta horrek maiztasun zehatz batean dardara eragiten du. Bibrazio hori seinale elektriko batean bihurtzen da, denbora-seinale zehatza sortzeko erabiltzen dena.
Erloju-sorgailuak hainbat aplikaziotan erabiltzen dira, gailu medikoetatik hasi eta automatizazio industrialetaraino. Fidagarriak, zehatzak eta erabiltzeko errazak dira, eta aplikazio askotarako aukera ezagunak dira. Piezoelektrizitatea teknologia modernoaren zati garrantzitsu bat da, eta erloju-sorgailuak fenomeno honen aplikazio ugarietako bat besterik ez dira.
Gailu elektronikoak
Piezoelektrizitatea material solido batzuek karga elektrikoa metatzeko duten gaitasuna da, aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko. Fenomeno hau, efektu piezoelektrikoa bezala ezagutzen dena, hainbat gailu elektronikotan erabiltzen da, elektronikan anplifikatutako gitarretako pickupetatik hasi eta bateria elektroniko modernoetako abiarazleetaraino.
Piezoelektrizitatea grezierazko πιέζειν (piezein) "estu" edo "sakatu" esan nahi duten hitzetatik eta ἤλεκτρον (ēlektron) "anbarra" esan nahi du, antzinako karga elektrikoaren iturria. Material piezoelektrikoak kristalak, zeramika eta materia biologikoa dira, hala nola hezur eta DNA proteinak, efektu piezoelektrikoa erakusten dutenak.
Efektu piezoelektrikoa inbertsio-simetria duten material kristalinoetako egoera mekaniko eta elektrikoen arteko interakzio elektromekaniko lineala da. Prozesu itzulgarria da, hau da, efektu piezoelektrikoa erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Adibidez, berun zirkonato titanato kristalek piezoelektrizitate neurgarria sortzen dute beren egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Aitzitik, kristalek beren dimentsio estatikoa alda dezakete kanpoko eremu elektriko bat aplikatzen denean, alderantzizko efektu piezoelektriko gisa ezagutzen den fenomenoa, ultrasoinu-uhinen ekoizpenean erabiltzen dena.
Piezoelektrizitatearen aurkikuntza Pierre eta Jacques Curie fisikari frantziarrei dagokie, 1880an efektu piezoelektriko zuzena frogatu zutenak. Piroelektrizitateari buruzko ezagutza eta azpian dauden kristal-egituren ulermenak efektu piroelektrikoaren iragarpena eta aurreikusteko gaitasuna eragin zuten. kristalen portaera turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen eraginarekin frogatu zen.
Piezoelektrizitatea eguneroko hainbat aplikaziotan erabili izan da, hala nola txinpartak sortzen egosteko eta berotzeko gailuetan gasa pizteko, linternak, zigarro-mezgailuak eta tenperatura-aldaketa baten aurrean potentzial elektrikoa sortzen duten efektu piroelektriko materialetan. Hau Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek aztertu zuten XVIII. mendearen erdialdean, René Haüy eta Antoine César Becquerel-en ezagutzatik abiatuta, tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren arteko erlazioa planteatzen zutenak. Esperimentuak ez ziren erabakigarriak izan, hala ere, Eskoziako Curie konpentsatzaileen museoan piezokristal baten bistaratzeak Curie anaien efektu piezoelektriko zuzena frogatu zuen arte.
Piezoelektrizitatea hainbat gailu elektronikotan erabiltzen da, elektronikan anplifikatutako gitarretako pickupetatik hasi eta bateria elektroniko modernoetako abiarazleetaraino. Soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzeko, erloju-sorgailuak, mikrobalantzak, ultrasoinu-toberak eta fokatze-multzo optiko ultrafineak ere erabiltzen dira. Piezoelektrizitatea ere zunda-mikroskopioen oinarria da, atomoen eskalan irudiak ebazteko erabiltzen direnak.
Mikrobalantzak
Piezoelektrizitatea material solido batzuek karga elektrikoa metatzeko duten gaitasuna da, aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko. Piezoelektrizitatea πιέζειν (piezein) hitz grekoetatik dator, “estu” edo “prentatu” esan nahi duena, eta ἤλεκτρον (ēlektron), “anbarra” esan nahi duena, karga elektrikoaren antzinako iturria.
Piezoelektrizitatea eguneroko hainbat aplikaziotan erabiltzen da, hala nola, txinpartak sortzen egosteko eta berotzeko gailuetarako gasa pizteko, linterna, zigarro-mezgailuak eta abar. Soinua ekoizteko eta detektatzeko eta tintazko inprimaketa piezoelektrikoetan ere erabiltzen da.
Piezoelektrizitatea tentsio handiko elektrizitatea sortzeko ere erabiltzen da, eta erloju-sorgailuen eta mikrobalantzak bezalako gailu elektronikoen oinarria da. Piezoelektrizitatea ultrasoinu-toberak eta fokatze-multzo optiko ultrafineak gidatzeko ere erabiltzen da.
Piezoelektrizitatearen aurkikuntza Jacques eta Pierre Curie fisikari frantsesei dagokie 1880an. Curie anaiek piroelektrizitateari buruzko ezagutza eta azpiko kristal-egituren ulermena uztartu zituzten piezoelektrizitate kontzeptua sortzeko. Kristalen portaera aurreikusteko gai izan ziren eta turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristaletan duten eragina frogatu zuten.
Efektu piezoelektrikoa aplikazio erabilgarrietarako aprobetxatu zen, soinua ekoizteko eta detektatzeko barne. Lehen Mundu Gerran sonar-aren garapena aurrerapen handia izan zen piezoelektrizitatearen erabileran. Bigarren Mundu Gerraren ostean, Estatu Batuetako, Errusiako eta Japoniako ikerketa talde independenteek ferroelektriko izeneko material sintetikoen klase berri bat aurkitu zuten, material naturalak baino hamar aldiz konstante piezoelektrikoak erakusten zituena.
Horrek bario titanatoaren eta beranduago berun zirkonato titanatoaren ikerketa eta garapen bizia ekarri zuen, aplikazio jakinetarako propietate espezifikoak zituztenak. Bigarren Mundu Gerraren ondoren Bell Telephone Laboratories-en kristal piezoelektrikoen erabileraren adibide esanguratsu bat garatu zen.
Frederick R. Lack-ek, irrati-telefoniako ingeniaritza sailean lan egiten zuen, tenperatura-sorta zabalean funtzionatzen zuen kristal ebaki bat garatu zuen. Lack-en kristalak ez zituen aurreko kristalen osagarri astunak behar, hegazkinetan erabiltzea erraztuz. Garapen horri esker, aliatuen aire-indarrek eraso masibo koordinatuetan parte hartu zuten abiazio irratia erabiliz.
Estatu Batuetako gailu eta materialen piezoelektrikoen garapenak hainbat enpresa mantendu zituen negozioan, eta kuartzo kristalen garapena komertzialki ustiatu zen. Material piezoelektrikoak hainbat aplikaziotan erabili dira, besteak beste, irudi medikoetan, ultrasoinuen garbiketa eta abar.
Drive Ultrasoinu pita
Piezoelektrizitatea material solido jakin batzuetan metatzen den karga elektrikoa da, hala nola kristaletan, zeramikatan eta materia biologikoan hezurra eta DNA bezalakoak. Aplikaturiko tentsio mekanikoari erantzuna da eta grezierazko "piezein" hitzetatik eratorria da, "estu" edo "prentsa" esan nahi duena, eta "elektron", "anbarra" esan nahi duena, karga elektrikoaren antzinako iturria.
Efektu piezoelektrikoa inbertsio-simetria duten material kristalinoen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko lineala da. Prozesu itzulgarria da, hau da, efektu piezoelektrikoa erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Horren adibide bat berun zirkonato titanato kristalak dira, piezoelektrizitate neurgarria sortzen duten egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Alderantziz, kanpoko eremu elektrikoa aplikatzen denean, kristalek beren dimentsio estatikoa aldatzen dute, eta, ondorioz, alderantzizko efektu piezoelektrikoa sortzen da, hau da, ultrasoinu-uhinen ekoizpena.
Jacques eta Pierre Curie fisikari frantziarrek piezoelektrizitatea aurkitu zuten 1880an eta harrezkero hainbat aplikazio erabilgarritarako ustiatu izan da, soinua ekoizteko eta detektatzeko barne. Piezoelektrizitateak eguneroko erabilerak ere aurkitzen ditu, hala nola, sukaldeko eta berotzeko gailuetan, linterna, zigarro-mezgailuetan eta abarretan gasa pizteko txinpartak sortzea.
Efektu piroelektrikoa, hau da, tenperatura-aldaketa bati erantzuteko potentzial elektrikoa sortzen duen materiala, Carl Linnaeus-ek, Franz Aepinus-ek aztertu zuten eta XVIII. karga elektrikoa. Hori frogatzeko esperimentuak ez ziren erabakigarriak.
Eskoziako Hunterian Museum-eko Curie Compensator-eko kristal piezoelektriko baten bista Pierre eta Jacques Curie anaiek egindako efektu piezoelektriko zuzenaren erakustaldia da. Piroelektrizitateari buruzko ezagutzak eta azpiko kristal-egiturak ulertzeak piroelektrizitatearen iragarpena eragin zuen eta kristalen portaera iragartzeko aukera eman zuten. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen efektuarekin frogatu zen. Sodio eta potasio tartrato tetrahidratoak eta kuartzoak ere piezoelektrizitatea erakusten zuen, eta disko piezoelektriko bat erabiltzen zen tentsio bat sortzeko deformazioan. Hau asko exageratu zuen Curies-ek alderantzizko efektu piezoelektrikoa iragartzeko, 1881ean Gabriel Lippmann-ek oinarrizko printzipio termodinamikoetatik matematikoki ondorioztatu zuena.
Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektua zegoela, eta kristal piezoelektrikoetan deformazio elektro-elasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuten. Hamarkadetan zehar, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen, baina ezinbesteko tresna izan zen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioa aurkitzeko lanean piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko. Honen amaiera Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fisikako Testu liburua) argitaratu zen, piezoelektrizitaterako gai diren kristal naturalen klaseak deskribatzen zituen eta tentsoreen analisiaren bidez konstante piezoelektrikoak zorrotz definitzen zituen.
Gailu piezoelektrikoen aplikazio praktikoa I. Mundu Gerran garatu zen sonarrarekin hasi zen. Frantzian, Paul Langevin-ek eta bere lankideek ultrasoinuzko itsaspeko detektagailu bat garatu zuten. Detektagailua altzairuzko plaketan arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez egindako transduktore bat zen, hidrofono izenekoa, maiztasun handiko pultsu bat igorri ondoren itzultzen den oihartzuna detektatzeko. Objektu baten gainean errebotatzen diren soinu-uhinen oihartzuna entzuteko behar den denbora neurtuz, objektuaren distantzia kalkulatu ahal izango dute. Sonareko piezoelektrizitatearen erabilera honek arrakasta izan zuen, eta proiektuak garapen eta interes bizia sortu zuen gailu piezoelektrikoetan hamarkadetan zehar.
Material piezoelektriko berriak eta material horien aplikazio berriak aztertu eta garatu ziren, eta gailu piezoelektrikoek etxeak aurkitu zituzten zeramikazko fonografo-kartutxoak bezalako eremuetan, erreproduzigailuaren diseinua sinplifikatu zuten eta disko-jogailu merkeago eta zehatzagoak egin ziren, mantentze merkeagoak eta eraikitzeko errazagoak zirenak. . Ultrasoinu-transduktoreen garapenari esker, fluidoen eta solidoen biskositatea eta elastikotasuna erraz neurtu ahal izan dira, materialen ikerketan aurrerapen handiak emanez. Ultrasoinu-denbora-domeinuko erreflektometroek ultrasoinu-pultsu bat bidaltzen dute material batean zehar eta islak eta etenak neurtzen dituzte funditutako metal eta harrizko objektuen barruan akatsak aurkitzeko.
Fokatze-multzo optiko ultrafinak
Piezoelektrizitatea material jakin batzuek karga elektrikoa metatzeko duten gaitasuna da, esfortzu mekanikoa jasaten dutenean. Inbertsio-simetria duten material kristalinoen egoera elektriko eta mekanikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko lineala da. Piezoelektrizitatea prozesu itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza.
Piezoelektrizitatea hainbat aplikaziotan erabili izan da, hotsaren ekoizpenean eta detekzioan eta tentsio handiko elektrizitatearen sorreran. Piezoelektrizitatea tintazko inprimaketan, erloju-sorgailuetan, gailu elektronikoetan, mikrobalantzetan, ultrasoinu-toberan eta fokatze-multzo optiko ultrafinetan ere erabiltzen da.
Piezoelektrizitatea 1880an aurkitu zuten Jacques eta Pierre Curie fisikari frantsesek. Efektu piezoelektrikoa aplikazio baliagarrietan ustiatzen da, hala nola soinua ekoitzi eta detektatzeko eta tentsio handiko elektrizitatea sortzea. Tintazko inprimaketa piezoelektrikoa ere erabiltzen da, baita erloju-sorgailuak, gailu elektronikoak, mikrobalantzak, ultrasoinu-toberak eta fokatze-multzo optiko ultrafineak ere.
Piezoelektrizitateak eguneroko erabileretan aurkitu du, hala nola, sukaldeko eta berotzeko gailuetarako gasa pizteko txinpartak sortzea, linternak, zigarro-mezgailuak eta tenperatura-aldaketa bati erantzuteko potentzial elektrikoa sortzen duten efektu piroelektriko materialak. Efektu hau Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek XVIII. mendearen erdialdean aztertu zuten, tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren arteko erlazioa planteatzen zuten René Haüy eta Antoine César Becquerel-en ezagutzatik abiatuta. Esperimentuak ez ziren erabakigarriak izan.
Eskoziako Hunterian Museum-eko Curie Compensator-eko kristal piezoelektriko baten bista Pierre eta Jacques Curie anaiek egindako efektu piezoelektriko zuzenaren erakustaldia da. Piroelektrizitateari buruzko ezagutzarekin eta azpiko kristal-egituren ulermenarekin batera, piroelektrizitatearen iragarpena eta kristalen portaera iragartzeko gaitasuna sortu zuten. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen efektuan frogatu zen.
Sodio eta potasio tartrato tetrahidratoak, eta kuartzoak eta Rochelle gatzak piezoelektrizitatea erakusten zuen, eta disko piezoelektriko bat erabiltzen zen tentsio bat sortzeko deformazioan, nahiz eta forma aldaketa asko handitu zen. Curies-ek alderantzizko efektu piezoelektrikoa iragarri zuen, eta alderantzizko efektua oinarrizko printzipio termodinamikoetatik matematikoki deduzitu zuen Gabriel Lippmann-ek 1881ean. Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektuaren existentzia, eta elektro-en itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuen. deformazio elasto-mekanikoak kristal piezoelektrikoetan.
Hamarkadetan zehar, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioaren aurkikuntzan ezinbesteko tresna bihurtu zen arte. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egindako lana Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalaren Fisika Testu liburua) argitaratu zuen. Honek piezoelektrizitaterako gai diren kristal natural klaseak deskribatu ditu eta zorroztasunez definitu ditu konstante piezoelektrikoak tentsoreen analisia erabiliz gailu piezoelektrikoen aplikazio praktikorako.
Sonar-aren garapena gailu piezoelektrikoetan garapen eta interes bizia sortu zuen proiektu arrakastatsua izan zen. Hamarkada batzuk geroago, material piezoelektriko berriak eta material horien aplikazio berriak aztertu eta garatu ziren. Gailu piezoelektrikoek hainbat esparrutan aurkitu zituzten etxebizitzak, hala nola zeramikazko fonografo-kartutxoak, erreproduzigailuen diseinua sinplifikatu eta disko-jogailuak merkeagoak eta mantentzea eta eraikitzea erraztu zuten. Ultrasoinu-transduktoreen garapenari esker, fluidoen eta solidoen biskositatea eta elastikotasuna erraz neurtu ahal izan dira, materialen ikerketan aurrerapen handiak emanez. Ultrasoinu-denbora-domeinuko erreflektometroek ultrasoinu-pultsu bat bidaltzen dute material batera eta islak eta etenak neurtzen dituzte fundiziozko metal eta harrizko objektuen barruan akatsak aurkitzeko, egiturazko segurtasuna hobetuz.
Interes piezoelektrikoen eremuaren hastapenak kuartzo kristaletatik garatutako material berrien patente errentagarriekin bermatu ziren, material piezoelektriko gisa ustiatzen baitziren komertzialki. Zientzialariek errendimendu handiagoko materialak bilatu zituzten, eta materialen eta fabrikazio-prozesuen heltze-prozesuen aurrerapenak izan arren, Estatu Batuetako merkatua ez zen azkar hazi. Aitzitik, Japoniako fabrikatzaileek informazioa azkar partekatu zuten eta Estatu Batuetako industria piezoelektrikoaren hazkuntzarako aplikazio berriak jasan zituzten Japoniako fabrikatzaileekin alderatuta.
Motor piezoelektrikoak
Atal honetan, piezoelektrizitatea teknologia modernoan nola erabiltzen den hitz egingo dut. Atomoen eskalan irudiak ebatzi ditzaketen eskaneatzeko zunda mikroskopioetatik hasi eta elektronikan anplifikatutako gitarra eta bateria elektroniko modernoetarako abiarazleetaraino, piezoelektrizitatea gailu askoren osagai bihurtu da. Piezoelektrizitatearen historia eta hainbat aplikaziotan nola erabili den aztertuko dut.
Mikroskopioen Mikroskopioen Oinarria
Piezoelektrizitatea zenbait material solidotan metatzen den karga elektrikoa da, hala nola kristaletan, zeramikatan eta hezur eta DNA bezalako materia biologikoetan. Aplikaturiko tentsio mekanikoari ematen zaion erantzuna da, eta piezoelektrizitate hitza grezierazko πιέζειν (piezein) "estu" edo "prentatu" esan nahi duen hitzetik dator eta ἤλεκτρον (ēlektron) "anbarra" esan nahi duena, antzinako karga elektrikoaren iturria.
Motor piezoelektrikoak mugimendua sortzeko efektu piezoelektrikoa erabiltzen duten gailuak dira. Efektu hau inbertsio-simetria duten material kristalinoetan egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko lineala da. Prozesu itzulgarria da, hau da, efektu piezoelektrikoa erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Piezoelektrizitate neurgarria sortzen duten materialen adibideak berun zirkonato titanato kristalak dira.
Efektu piezoelektrikoa aplikazio erabilgarrietan ustiatzen da, hala nola, soinuaren ekoizpena eta detekzioa, tintazko inprimaketa piezoelektrikoa, tentsio handiko elektrizitatea sortzea, erloju-sorgailuak eta gailu elektronikoak bezalako mikrobalantzak eta ultrasoinu-toberak gidatzeko multzo optikoen fokatze ultrafinetarako. Mikroskopio-zunda-mikroskopioen oinarria ere osatzen du, atomoen eskalan irudiak ebazteko erabiltzen direnak.
Piezoelektrizitatea 1880an aurkitu zuten Jacques eta Pierre Curie fisikari frantsesek. Eskoziako Hunterian Museum-en kristal piezoelektriko baten eta Curie konpentsatzailearen bista ikus daiteke, Pierre eta Jacques Curie anaiek egindako efektu piezoelektrikoaren zuzeneko erakustaldia dena.
Piroelektrizitateari buruz duten ezagutza eta azpiko kristal-egituren ulermena konbinatuz piroelektrizitatearen iragarpena sortu zen, eta horri esker kristalen portaera iragartzeko aukera izan zuten. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen eraginez frogatu zen. Sodio eta potasio tartrato tetrahidratoak, eta kuartzoak eta Rochelle gatzak piezoelektrizitatea erakusten zuen, eta disko piezoelektriko bat erabiltzen zen tentsio bat sortzeko deformazioan, nahiz eta hori asko exageratu zuten Curiesek.
Alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere aurreikusten zuten, eta hori matematikoki oinarrizko printzipio termodinamikoetatik ondorioztatu zuen Gabriel Lippmannek 1881ean. Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektuaren existentzia, eta elektro-elasto-en guztizko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuen. deformazio mekanikoak kristal piezoelektrikoetan.
Hamarkadetan zehar, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioaren aurkikuntzan ezinbesteko tresna bihurtu zen arte. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egin zuten lana Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fisikako Testu liburua) argitaratu zenean, piezoelektrizitaterako gai diren kristal-klase naturalak deskribatu eta konstante piezoelektrikoak eta tentsoreen analisia zorrotz definitu zituen.
Honek gailu piezoelektrikoen aplikazio praktikoa ekarri zuen, hala nola sonarra, I. Mundu Gerran garatu zena. Frantzian, Paul Langevinek eta bere lankideek ultrasoinuzko itsaspeko detektagailu bat garatu zuten. Detektagailu hau altzairuzko plaketan arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez egindako transduktore bat eta transduktoretik maiztasun handiko pultsu bat igorri ondoren itzultzen den oihartzuna detektatzeko hidrofono batek osatzen zuen. Objektu baten gainean errebotatzen duten soinu-uhinen oihartzuna entzuteko behar den denbora neurtuta, objektuaren distantzia kalkulatu ahal izan zuten. Piezoelektrizitatea erabili zuten sonar hau arrakasta izateko, eta proiektuak garapen eta interes bizia sortu zuen gailu piezoelektrikoetan hamarkadetan zehar.
Material piezoelektriko berriak eta material horien aplikazio berriak aztertu eta garatu ziren, eta gailu piezoelektrikoek hainbat esparrutan aurkitu zituzten etxebizitzak, hala nola zeramikazko fonografo-kartutxoak, erreproduzigailuaren diseinua sinplifikatu zuten eta disko-jogailu merkeago eta zehatzagoak egiteko, mantentze merkeagoak eta errazagoak zirenak. eraiki. Ultrasoinu-transduktoreen garapenari esker, fluidoen eta solidoen biskositatea eta elastikotasuna erraz neurtu ahal izan dira, materialen ikerketan aurrerapen handiak emanez. Ultrasoinu-denbora-domeinuko erreflektometroek ultrasoinu-pultsu bat bidaltzen dute material batera eta islak eta etenak neurtzen dituzte fundiziozko metal eta harrizko objektuen barruan akatsak aurkitzeko, egiturazko segurtasuna hobetuz.
Bigarren Mundu Gerran, ikerketa talde independenteak Estatu Batuetan
Ebatzi irudiak atomoen eskalan
Piezoelektrizitatea material solido jakin batzuetan metatzen den karga elektrikoa da, hala nola kristaletan, zeramikatan eta materia biologikoan hezurra eta DNA bezalakoak. Aplikaturiko tentsio mekanikoari erantzuna da eta grezierazko "piezein" hitzetik dator, estutu edo sakatu esan nahi duena. Efektu piezoelektrikoa inbertsio-simetria duten material kristalinoetako egoera mekaniko eta elektrikoen arteko interakzio elektromekaniko linealaren ondorioz sortzen da.
Piezoelektrizitatea prozesu itzulgarria da, eta efektu piezoelektrikoa erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Horren adibide dira berun zirkonato titanatozko kristalak, piezoelektrizitate neurgarria sortzen duten egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Aitzitik, kristalek beren dimentsio estatikoa aldatzen dute kanpoko eremu elektriko bat aplikatzen denean, alderantzizko efektu piezoelektriko gisa ezagutzen dena eta ultrasoinu-uhinen ekoizpenean erabiltzen dena.
Jacques eta Pierre Curie fisikari frantziarrek piezoelektrizitatea aurkitu zuten 1880an. Efektu piezoelektrikoa hainbat aplikazio erabilgarritarako ustiatu izan da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzeko, erloju-sorgailuak eta gailu elektronikoak bezalakoak. mikrobalantzak eta ultrasoinu-toberak gidatzea. Mikroskopio-zunda-mikroskopioen oinarria ere osatzen du, atomoen eskalan irudiak ebazteko erabiltzen direnak.
Piezoelektrizitatea eguneroko aplikazioetan ere erabiltzen da, hala nola, sukaldeko eta berotzeko gailuetan, linterna, zigarro-mezgailuetan eta abarretan gasa pizteko txinpartak sortzeko. Efektu piroelektrikoa, hau da, tenperatura aldaketari erantzunez potentzial elektrikoa sortzen duen materiala, Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek aztertu zuten XVIII. René Haüy eta Antoine César Becquerelen ezagutzatik abiatuta, tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren arteko erlazioa planteatu zuten, baina haien esperimentuak ez ziren erabakigarriak izan.
Glasgowko Hunterian Museum-era bisitatzen dutenek Curie konpentsatzaile piezokristal bat ikus dezakete, Pierre eta Jacques Curie anaiek egindako efektu piezoelektrikoaren zuzeneko erakustaldia. Piroelektrizitateari buruz duten ezagutzarekin eta azpiko kristal-egituren ulermenarekin batera, piroelektrizitatearen iragarpena eta kristalen portaera aurreikusteko gaitasuna sortu zuten. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen eraginez frogatu zen. Sodio eta potasio tartrato tetrahidratoak, eta kuartzoak eta Rochelle gatzak piezoelektrizitatea erakusten du, eta disko piezoelektriko batek tentsio bat sortzen du deformatzen denean, nahiz eta forma aldaketa asko handitu den. Curies-ek alderantzizko efektu piezoelektrikoa aurreikusteko gai izan ziren, eta alderantzizko efektua oinarrizko printzipio termodinamikoetatik matematikoki ondorioztatu zuen Gabriel Lippmannek 1881ean.
Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektua zegoela, eta kristal piezoelektrikoetan deformazio elektro-elasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuten. Hamarkadetan, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen, baina ezinbesteko tresna izan zen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioa aurkitzeko. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egindako lana Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalen Fisika Testu liburua) argitaratu zuen.
Elektronikoki Anplifikatutako Gitarrak
Motor piezoelektrikoak energia elektrikoa energia mekaniko bihurtzeko efektu piezoelektrikoa erabiltzen duten motor elektrikoak dira. Efektu piezoelektrikoa tentsio mekanikoa jasaten dutenean zenbait materialek karga elektrikoa sortzeko duten gaitasuna da. Motor piezoelektrikoak hainbat aplikaziotan erabiltzen dira, hala nola erlojuak eta erlojuak bezalako gailu txikiak elikatzeko, makina handiagoak elikatzeko, hala nola robotak eta ekipamendu medikoak.
Motor piezoelektrikoak elektronikan anplifikatutako gitarretan erabiltzen dira. Pickup hauek efektu piezoelektrikoa erabiltzen dute gitarra soken bibrazioak seinale elektriko bihurtzeko. Seinale hori anplifikatu eta anplifikadore batera bidaltzen da, gitarraren soinua sortzen duena. Bilketa piezoelektrikoak bateria elektroniko modernoetan ere erabiltzen dira, non danbor buruen bibrazioak detektatzeko eta seinale elektriko bihurtzeko.
Motor piezoelektrikoak eskaneatzeko zunda mikroskopioetan ere erabiltzen dira, eta efektu piezoelektrikoa erabiltzen dute zunda txiki bat gainazal batean zehar mugitzeko. Horri esker, mikroskopioak atomoen eskalan irudiak ebazten ditu. Motor piezoelektrikoak tintazko inprimagailuetan ere erabiltzen dira, non inprimatzeko burua orrialdean zehar aurrera eta atzera mugitzeko.
Motor piezoelektrikoak beste hainbat aplikaziotan erabiltzen dira, besteak beste, gailu medikoak, automobilgintzako osagaiak eta kontsumo-elektronika. Industria-aplikazioetan ere erabiltzen dira, hala nola, doitasun-piezen ekoizpenean eta osagai konplexuen muntaian. Efektu piezoelektrikoa ultrasoinu-uhinen ekoizpenean ere erabiltzen da, irudi medikoetan eta materialen akatsak detektatzeko erabiltzen direnak.
Oro har, motor piezoelektrikoak aplikazio ugaritan erabiltzen dira, gailu txikiak elikatzen hasi eta makina handiagoak elikatzeraino. Elektronikoki anplifikatutako gitarretan, bateria elektroniko modernoetan, eskaneatzeko zunda mikroskopioetan, tintazko inprimagailuetan, gailu medikoetan, automobilgintzako osagaietan eta kontsumo-elektroniketan erabiltzen dira. Efektu piezoelektrikoa ultrasoinu-uhinen ekoizpenean eta materialen akatsak detektatzeko ere erabiltzen da.
Bateria Elektroniko Modernoa eragiten du
Piezoelektrizitatea material solido jakin batzuetan metatzen den karga elektrikoa da, hala nola kristaletan, zeramikatan eta materia biologikoan hezurra eta DNA bezalakoak. Material hauek aplikatutako tentsio mekanikoari ematen dioten erantzuna da. Piezoelektrizitate hitza grezierazko "piezein" hitzetik dator, "estu edo sakatu" esan nahi duena, eta "elektron" hitza, "anbarra" esan nahi duena, antzinako karga elektrikoaren iturria.
Motor piezoelektrikoak mugimendua sortzeko efektu piezoelektrikoa erabiltzen duten gailuak dira. Efektu hau inbertsio-simetria duten material kristalinoen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko linealaren ondorioz sortzen da. Prozesu itzulgarria da, hau da, efektu piezoelektrikoa erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Horren adibide bat berun zirkonato titanato kristalak dira, piezoelektrizitate neurgarria sortzen duten egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Alderantziz, kanpoko eremu elektrikoa aplikatzen denean, kristalek beren dimentsio estatikoa aldatzen dute, ultrasoinu-uhinak sortuz.
Motor piezoelektrikoak eguneroko hainbat aplikaziotan erabiltzen dira, hala nola:
• Sukaldatzeko eta berotzeko gailuetan gasa pizteko txinpartak sortzea
• Linternak, zigarro-mezgailuak eta efektu piroelektrikoko materialak
• Tenperatura-aldaketari erantzunez potentzial elektrikoa sortzea
• Soinuaren ekoizpena eta detekzioa
• Tintazko inprimaketa piezoelektrikoa
• Goi-tentsioko elektrizitatea sortzea
• Erloju-sorgailua eta gailu elektronikoak
• Mikrobalantzak
• Ultrasoinu-toberak gidatzea eta fokatze-multzo optiko ultrafineak
• Mikro-zunda-mikroskopioen oinarria osatzen du
• Irudiak atomoen eskalan ebatzi
• Elektronikoki anplifikatutako gitarrak
• Bateria elektroniko modernoa abiarazten du.
Transduktore piezoelektrikoen modelizazio elektromekanikoa
Atal honetan, transduktore piezoelektrikoen modelizazio elektromekanikoa aztertuko dut. Piezoelektrizitatearen aurkikuntzaren historia, bere existentzia frogatu zuten esperimentuak eta gailu eta material piezoelektrikoen garapena aztertuko dut. Pierre eta Jacques Curie, Carl Linnaeus eta Franz Aepinus, Rene Hauy eta Antoine Cesar Becquerel, Gabriel Lippmann eta Woldemar Voigt fisikari frantsesen ekarpenez ere arituko naiz.
Pierre eta Jacques Curie fisikari frantsesak
Piezoelektrizitatea fenomeno elektromekaniko bat da, non karga elektrikoa zenbait material solidotan metatzen den, hala nola kristaletan, zeramikatan eta hezurra eta DNA bezalako materia biologikoan. Karga hau aplikatutako tentsio mekaniko bati erantzunez sortzen da. 'Piezelektrizitate' hitza grezierazko 'piezein' hitzetik dator, 'estu edo sakatu' esan nahi duena, eta 'elektron', 'anbarra' esan nahi duena, karga elektrikoaren antzinako iturria.
Efektu piezoelektrikoa alderantzizko simetria duten materialen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko interakzio elektromekaniko linealetik sortzen da. Efektu hori itzulgarria da, hau da, efektu piezoelektrikoa erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, non tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza sortzen den eremu elektriko aplikatu bati erantzunez. Adibidez, berun zirkonato titanato kristalek piezoelektrizitate neurgarria sortzen dute beren egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Alderantziz, kanpoko eremu elektrikoa aplikatzen denean, kristalek beren dimentsio estatikoa aldatzen dute, ultrasoinu-uhinak sortuz alderantzizko efektu piezoelektriko gisa ezagutzen den prozesuan.
1880an, Pierre eta Jacques Curie fisikari frantziarrek efektu piezoelektrikoa aurkitu zuten eta ordutik hainbat aplikazio erabilgarritarako ustiatu izan da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzeko, erloju-sorgailuak eta elektronikoak. gailuak, hala nola, mikrobalantzak eta ultrasoinu-toberak gidatzeko, fokatze-multzo optiko ultrafineetarako. Horrez gain, zunda-mikroskopioen oinarria da, atomoen eskalan irudiak ebatzi ditzaketenak. Piezoelektrizitatea elektronikan anplifikatutako gitarra eta bateria elektroniko modernoen abiarazleetan ere erabiltzen da.
Piezoelektrizitateak eguneroko erabilerak ere aurkitzen ditu, hala nola, sukaldeko eta berotzeko gailuetan, linterna, zigarro-mezgailuetan eta abarretan gasa pizteko txinpartak sortzea. Efektu piroelektrikoa, non material batek potentzial elektrikoa sortzen duen tenperatura aldaketari erantzunez, Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek XVIII. tentsio mekanikoa eta karga elektrikoa, nahiz eta haien esperimentuak ez ziren frogatu.
Piroelektrizitateari buruzko ezagutza eta azpiko kristal-egituren ulermena konbinatuz, Curies-ek piroelektrizitatearen iragarpena sortu eta kristalen portaera iragartzea lortu zuten. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen efektuan frogatu zen. Sodio potasio tartrato tetrahidratoak eta kuartzoak ere piezoelektrizitatea erakusten zuen. Disko piezoelektriko batek tentsio bat sortzen du deformatzen denean, nahiz eta hori asko exageratu den Curiesen erakustaldian. Gainera, alderantzizko efektu piezoelektrikoa aurreikusteko gai izan ziren eta matematikoki ondorioztatzea oinarrizko printzipio termodinamikoetatik Gabriel Lippmann-ek 1881ean.
Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektua zegoela, eta kristal piezoelektrikoetan deformazio elektro-elasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuten. Ondorengo hamarkadetan, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioa aurkitzean ezinbesteko tresna bihurtu zen arte. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egin zuten lana Woldemar Voigt-en 'Lehrbuch der Kristallphysik' (Kristal-fisikako testu liburua) argitaratu zuen.
Esperimentuak ez zirela frogatu
Piezoelektrizitatea zenbait material solidotan karga elektrikoa metatzen den fenomeno elektromekaniko bat da, hala nola kristaletan, zeramikatan eta hezur eta DNA bezalako materia biologikoetan. Aplikaturiko tentsio mekanikoaren erantzuna da, eta 'piezoelektrizitate' hitza grezierazko 'piezein', 'estu edo sakatu' esan nahi duena, eta 'ēlektron', 'anbarra' esan nahi duena, karga elektrikoaren antzinako iturri batetik dator.
Efektu piezoelektrikoa inbertsio-simetria duten material kristalinoen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko linealetik sortzen da. Prozesu itzulgarria da; Efektu piezoelektrikoa erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Adibidez, berun zirkonato titanato kristalek piezoelektrizitate neurgarria sortzen dute beren egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Aitzitik, kristalek beren dimentsio estatikoa alda dezakete kanpoko eremu elektriko bat aplikatzen denean, alderantzizko efektu piezoelektriko gisa ezagutzen dena, ultrasoinu-uhinen ekoizpenean erabiltzen dena.
Pierre eta Jacques Curie fisikari frantziarrek piezoelektrizitatea aurkitu zuten 1880an. Geroztik hainbat aplikazio erabilgarritarako ustiatu izan da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzeko, erloju-sorgailuak eta mikrobalantzak bezalako gailu elektronikoetarako. , ultrasoinu-toberak gidatzea eta fokatze-multzo optiko ultrafineak. Mikroskopio-zunda-mikroskopioen oinarria ere osatzen du, atomoen eskalan irudiak ebatzi ditzaketenak. Elektrizitate piezoelektrizitatea elektronikan anplifikatutako gitarretarako pickupetan eta bateria elektroniko modernoen abiarazleetan ere erabiltzen da.
Piezoelektrizitateak eguneroko erabilerak aurkitzen ditu sukaldeko eta berotzeko gailuetan, linterna, zigarro-mezgailuetan eta abarretan gasa pizteko txinpartak sortzeko. Efektu piroelektrikoa, zeinetan material batek potentzial elektrikoa sortzen du tenperatura-aldaketa bati erantzunez, Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek XVIII. tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren artean. Esperimentuak ez ziren erabakigarriak izan.
Piroelektrizitatearen ezagutza eta azpian dauden kristal-egituren ulermenak piroelektrizitatearen iragarpena eta kristalen portaera aurreikusteko gaitasuna sortu zuten. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen efektuan frogatu zen. Sodio potasio tartrato tetrahidratoak eta kuartzoak ere piezoelektrizitatea erakusten zuen, eta disko piezoelektriko bat erabiltzen zen tentsio bat sortzeko deformazioan. Hau asko exageratu zen Curies-ek zuzeneko efektu piezoelektrikoaren erakustaldian.
Pierre eta Jacques Curie anaiek alderantzizko efektu piezoelektrikoa iragarri zuten, eta alderantzizko efektua oinarrizko printzipio termodinamikoetatik matematikoki deduzitu zuen Gabriel Lippmannek 1881ean. Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektuaren existentzia, eta erabateko froga kuantitatiboa lortu zuen. Deformazio elektro-elasto-mekanikoen itzulgarritasuna kristal piezoelektrikoetan.
Hamarkadetan, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen, baina ezinbesteko tresna izan zen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioa aurkitzeko. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egindako lana Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalaren Fisika Testu liburua) argitaratu zuen. Honek piezoelektrizitaterako gai diren kristal natural klaseak deskribatu ditu eta tentsoreen analisia erabiliz konstante piezoelektrikoak zorrotz definitu ditu. Transduktore piezoelektrikoen lehen aplikazio praktikoa izan zen hau, eta sonarra I. Mundu Gerran garatu zen. Frantzian, Paul Langevinek eta bere lankideek ultrasoinudun itsaspeko detektagailu bat garatu zuten.
Carl Linnaeus eta Franz Aepinus
Piezoelektrizitatea fenomeno elektromekaniko bat da, zeinetan karga elektrikoa zenbait material solidotan metatzen den, hala nola kristaletan, zeramikatan eta materia biologikoan hezurretan eta DNAn. Karga hau aplikatutako tentsio mekanikoari erantzuteko sortzen da. Piezoelektrizitate hitza grezierazko πιέζειν (piezein) "estu edo sakatu" esan nahi duten hitzetatik dator eta ἤλεκτρον (ēlektron) "anbarra", antzinako karga elektrikoaren iturria.
Efektu piezoelektrikoa inbertsio-simetria duten material kristalinoen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko lineal baten ondorioz sortzen da. Efektu hau itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, hau da, aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Adibidez, berun zirkonato titanato kristalek piezoelektrizitate neurgarria sortzen dute beren egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Aitzitik, kristalek beren dimentsio estatikoa alda dezakete kanpoko eremu elektriko bat aplikatzen denean, alderantzizko efektu piezoelektriko gisa ezagutzen dena eta ultrasoinu-uhinen ekoizpenean erabiltzen dena.
1880an, Jacques eta Pierre Curie fisikari frantziarrek efektu piezoelektrikoa aurkitu zuten eta ordutik aplikazio erabilgarri askotarako ustiatu izan da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzeko, erloju-sorgailuak, gailu elektronikoak, mikrobalantzak. , ultrasoinu-toberak gidatzea eta fokatze-multzo optiko ultrafineak. Horrez gain, zunda-mikroskopioen oinarria da, atomoen eskalan irudiak ebazteko erabiltzen direnak. Piezoelektrizitatea elektronikan anplifikatutako gitarra eta bateria elektroniko modernoen abiarazleetan ere erabiltzen da.
Piezoelektrizitatea eguneroko erabileretan ere aurkitzen da, hala nola, sukaldeko eta berotzeko gailuetan gasa pizteko txinpartak sortzea, linterna, zigarro-mezgailuak eta efektu piroelektrikoa, hau da, material batek potentzial elektrikoa sortzen duenean tenperatura aldaketa bati erantzunez. Efektu hau Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek XVIII. mendearen erdialdean aztertu zuten, René Hauy eta Antoine César Becquerel-en ezagutzatik abiatuta, tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren arteko erlazioa planteatzen zutenak, nahiz eta haien esperimentuak ez ziren frogatu.
Eskoziako Hunterian Museum-eko Curie konpentsatzailean dagoen kristal piezoelektriko baten bista Pierre eta Jacques Curie anaien efektu piezoelektriko zuzenaren erakustaldia da. Piroelektrizitateari buruzko ezagutza eta azpiko kristal-egituren ulermenarekin konbinatuz, piroelektrizitatearen iragarpena eta kristalen portaera aurreikusteko gaitasuna sortu zen. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen eraginez frogatu zen. Sodio potasio tartrato tetrahidratoak eta Rochelle gatzaren kuartzoak piezoelektrizitatea erakusten zuen, eta disko piezoelektriko batek tentsio bat sortzen du deformatzen denean, nahiz eta hori asko gehiegizkoa den Curiesen erakustaldian.
Alderantzizko efektu piezoelektrikoaren iragarpena eta oinarrizko printzipio termodinamikoetatik haren dedukzio matematikoa Gabriel Lippmann-ek egin zuen 1881ean. Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektuaren existentzia, eta elektro-elasto-en guztizko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuen. deformazio mekanikoak kristal piezoelektrikoetan. Hamarkadetan zehar, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioa aurkitzean ezinbesteko tresna bihurtu zen arte, piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko erabili zuten arte. Honen amaiera Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fisikako Testu liburua) argitaratu zen, piezoelektrizitaterako gai diren kristal naturalen klaseak deskribatzen zituena eta tentsoreen analisia erabiliz konstante piezoelektrikoak zorrotz definitzen zituena.
Transduktore piezoelektrikoen aplikazio praktiko honek sonarra garatu zuen I. Mundu Gerran. Frantzian, Paul Langevin-ek eta bere lankideek ultrasoinuzko itsaspeko detektagailu bat garatu zuten. Detektagailua altzairuzko plaketan arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez egindako transduktore bat eta transduktoretik maiztasun handiko pultsu bat igorri ondoren itzultzen den oihartzuna detektatzeko hidrofono batek osatzen zuen. Objektu baten gainean errebotatzen duten soinu-uhinen oihartzuna entzuteko behar den denbora neurtuta, objektuaren distantzia kalkulatu ahal izan zuten. Piezoelektrizitatea erabili zuten sonar hau arrakasta izateko, eta proiektuak garapen eta interes bizia sortu zuen gailu piezoelektrikoetan.
Rene Hauy eta Antoine Cesar Becquerel
Piezoelektrizitatea fenomeno elektromekaniko bat da, zenbait material solido, hala nola kristalak, zeramika eta hezurra eta DNA bezalako materia biologikoa, aplikatutako estres mekanikoari erantzuteko karga elektrikoa pilatzen denean. Piezoelektrizitatea grezierazko 'piezein' hitzetik dator, 'estu edo sakatu' esan nahi duena, eta 'elektron', 'anbarra' esan nahi duena, karga elektrikoaren antzinako iturria.
Efektu piezoelektrikoa alderantzizko simetria duten material kristalinoetan egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko lineal baten ondorioz sortzen da. Efektu hori itzulgarria da, hau da, efektu piezoelektrikoa erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, edo aplikatutako eremu elektriko baten ondoriozko tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza. Adibidez, berun zirkonato titanato kristalek piezoelektrizitate neurgarria sortzen dute beren egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Aitzitik, kristalek beren dimentsio estatikoa alda dezakete kanpoko eremu elektrikoa aplikatzen denean, alderantzizko efektu piezoelektrikoa eta ultrasoinu-uhinak sortuz.
Pierre eta Jacques Curie fisikari frantziarrek 1880an aurkitu zuten efektu piezoelektrikoa. Efektu hori hainbat aplikazio erabilgarritarako baliatu da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzeko, erloju-sorgailuak eta gailu elektronikoak. bezalako mikrobalantzak, ultrasoinu-toberak gidatzea eta fokatze-multzo optiko ultrafineak. Mikroskopio-zunda-mikroskopioen oinarria ere osatzen du, atomoen eskalan irudiak ebatzi ditzaketenak. Elektrizitate piezoelektrizitatea elektronikan anplifikatutako gitarretarako pickupetan eta bateria elektroniko modernoen abiarazleetan ere erabiltzen da.
Efektu piezoelektrikoa Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek XVIII. mendearen erdialdean ikertu zuten lehen aldiz, Rene Hauy eta Antoine Cesar Becquerel-en ezagutzatik abiatuta, tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren arteko erlazioa planteatzen zutenak. Hala ere, esperimentuek ez zuten ondoriorik izan. Piroelektrizitatearen ezagutzarekin eta azpiko kristal-egituren ulermenarekin konbinatuta, honek piroelektrizitatearen iragarpena eta kristalen portaera aurreikusteko gaitasuna eman zuen. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen efektuan frogatu zen. Sodio potasio tartrato tetrahidratoak eta kuartzoak ere piezoelektrizitatea erakusten zuen, eta disko piezoelektriko bat erabiltzen zen tentsio bat sortzeko deformazioan. Efektu hori asko handitu zen Curies-ek Eskoziako Museoan egindako erakustaldian, efektu piezoelektriko zuzena erakusten zuena.
Pierre eta Jacques Curie anaiek kristal piezoelektrikoetan deformazio elektro-elasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuten. Hamarkadetan zehar, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen, Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioa aurkitzean ezinbesteko tresna bihurtu zen arte. Lan honek piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatu eta definitu zituen, eta Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalaren Fisika Testu liburua) argitaratu zen.
Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektuaren existentzia, eta alderantziz efektuaren oinarrizko printzipio termodinamikoak matematikoki ondorioztatzen joan ziren. Hori Gabriel Lippmann-ek egin zuen 1881ean. Orduan, piezoelektrizitatea erabili zen sonarra garatzeko Lehen Mundu Gerran. Frantzian, Paul Langevinek eta bere lankideek ultrasoinu-detektagailu bat garatu zuten itsaspeko detektagailu bat. Detektagailu hau altzairuzko plaketan arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez egindako transduktore bat eta itzultzen den oihartzuna detektatzeko hidrofono batek osatzen zuen. Transduktoretik maiztasun handiko pultsu bat igorriz eta objektu baten gainean errebotatzen diren soinu-uhinen oihartzuna entzuteko behar den denbora neurtuz, objektuarekiko distantzia kalkulatu ahal izango dute.
Kristal piezoelektrikoen erabilera Bell Telephone Laboratories-ek garatu zuen Bigarren Mundu Gerraren ondoren. Frederick R. Lack-ek, irrati-telefoniako ingeniaritza sailean lan egiten zuen, ebakitako kristal bat garatu zuen, tenperatura tarte zabalean funtziona zezakeen. Lack-en kristalak ez zituen aurreko kristalen osagarri astunak behar, hegazkinetan erabiltzea erraztuz. Garapen horri esker, aliatuen aire-indarrek eraso masibo koordinatuak egiteko aukera izan zuten, abiazio irratia erabiliz. Estatu Batuetako gailu eta materialen piezoelektrikoen garapenak enpresek gerra garaiko hastapenen garapenean mantendu zituen alorrean, eta material berrientzako patente errentagarriak lortzeko interesak garatu zituzten. Kuartzozko kristalak komertzialki ustiatu ziren material piezoelektriko gisa, eta zientzialariek errendimendu handiagoko materialak bilatu zituzten. Materialetan eta fabrikazio prozesuen heltze-aurrerapenak izan arren, Estatu Batuak
Gabriel Lippmann
Piezoelektrizitatea zenbait material solidotan karga elektrikoa metatzen den fenomeno elektromekaniko bat da, hala nola kristaletan, zeramikatan eta hezur eta DNA bezalako materia biologikoetan. Inbertsio-simetria duten materialen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintzaren emaitza da. Piezoelektrizitatea Pierre eta Jacques Curie fisikari frantsesek aurkitu zuten lehen aldiz 1880an.
Piezoelektrizitatea hainbat aplikazio erabilgarritarako ustiatu da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak eta tentsio handiko elektrizitatea sortzeko. Piezoelektrizitatea πιέζειν (piezein) "estu edo sakatu" eta ἤλεκτρον (ēlektron) "anbarra" esan nahi duen hitzetatik dator, antzinako karga elektrikoaren iturria.
Efektu piezoelektrikoa itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, non tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza eremu elektriko baten aplikazioaren ondorioz. Adibidez, berun zirkonato titanato kristalek piezoelektrizitate neurgarria sortzen dute beren egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Alderantziz, kristalek beren dimentsio estatikoa alda dezakete kanpoko eremu elektrikoa aplikatzen denean, alderantzizko efektu piezoelektriko gisa ezagutzen den prozesua. Prozesu hau ultrasoinu-uhinak sortzeko erabil daiteke.
Efektu piezoelektrikoa XVIII. mendearen erdialdetik ikertu da, Carl Linnaeus eta Franz Aepinus, René Hauy eta Antoine César Becquerelen ezagutzatik abiatuta, tentsio mekanikoaren eta karga elektrikoaren arteko erlazioa planteatu zutenetik. Hala ere, esperimentuek ez zuten frogatu. Piroelektrizitatearen ezagutza konbinatuak eta azpian dauden kristal-egituren ulermenak piroelektrizitatearen iragarpena sortu zuen arte ikertzaileek kristalen portaera iragartzeko gai izan ziren. Turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen eraginez frogatu zen.
Gabriel Lippmannek, 1881ean, alderantzizko efektu piezoelektrikoaren oinarrizko printzipio termodinamikoak matematikoki ondorioztatu zituen. Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektua zegoela, eta kristal piezoelektrikoetan deformazio elektro-elasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuten.
Hamarkadetan zehar, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen Pierre eta Marie Curie-k polonioa eta erradioaren aurkikuntzan ezinbesteko tresna bihurtu zen arte. Piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko egindako lana Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristalaren Fisika Testu liburua) argitaratu zuen. Honek piezoelektrizitaterako gai diren kristal-klase naturalak deskribatu zituen eta tentsoreen analisiarekin konstante piezoelektrikoak zorrotz definitu zituen.
Gailu piezoelektrikoen aplikazio praktikoa Sonar-aren garapenarekin hasi zen Mundu Gerran. Paul Langevin-ek eta bere lankideek ultrasoinu-detektagailu bat garatu zuten. Detektagailu hau altzairuzko plaketan arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez egindako transduktore bat eta itzultzen den oihartzuna detektatzeko hidrofono batek osatzen zuen. Transduktoretik maiztasun handiko pultsu bat igorriz eta objektu baten gainean errebotatzen diren soinu-uhinen oihartzuna entzuteko behar den denbora neurtuz, objektuarekiko distantzia kalkulatu ahal izan zuten. Sonaretarako piezoelektrizitatearen erabilera honek arrakasta izan zuen, eta proiektuak gailu piezoelektrikoen garapen-interes bizia sortu zuen. Hamarkadetan zehar, material piezoelektriko berriak eta material horien aplikazio berriak aztertu eta garatu ziren. Gailu piezoelektrikoek hainbat esparrutan aurkitu zituzten etxebizitzak, erreproduzitzaileen diseinua sinplifikatu zuten eta disko-jogailu merkeak eta zehatzak mantentzen eta eraikitzeko errazagoak egiten zituzten zeramikazko fonografo-kartutxoetatik hasi eta fluidoen biskositatea eta elastikotasuna erraz neurtzeko aukera ematen zuten ultrasoinu-transduktoreen garapena. eta solidoak, materialen ikerketan aurrerapen handiak lortuz. Ultrasoinu-denbora-domeinuko erreflektometroek ultrasoinu-pultsu bat bidaltzen dute material batera eta islak eta etenak neurtzen dituzte fundiziozko metal eta harrizko objektuen barruan akatsak aurkitzeko, egiturazko segurtasuna hobetuz.
Bigarren Mundu Gerraren ostean, Estatu Batuetako, Errusiako eta Japoniako ikerketa talde independenteek ferroelektriko izeneko material sintetikoen klase berri bat aurkitu zuten, material naturalak baino hamar aldiz handiagoak ziren konstante piezoelektrikoak erakusten zituena. Horrek ikerketa bizia ekarri zuen bario titanatoa garatzeko, eta geroago berun zirkonato titanatoa, aplikazio jakinetarako propietate espezifikoak dituzten materialak. Kristal piezoelektrikoen erabileraren adibide esanguratsu bat garatu zen
Woldemar Voigt
Piezoelektrizitatea zenbait material solidotan karga elektrikoa metatzen den fenomeno elektromekaniko bat da, hala nola kristaletan, zeramikatan eta hezur eta DNA bezalako materia biologikoetan. Karga hau aplikatutako tentsio mekaniko bati erantzunez sortzen da. Piezoelektrizitate hitza grezierazko "piezein" hitzetik dator, hau da, "estu edo sakatu" esan nahi du, eta "elektron", "anbarra" esan nahi duena, antzinako karga elektrikoaren iturria.
Efektu piezoelektrikoa inbertsio-simetria duten material kristalinoen egoera mekaniko eta elektrikoen arteko elkarrekintza elektromekaniko lineal baten ondorioz sortzen da. Efektu hau itzulgarria da, hau da, piezoelektrizitatea erakusten duten materialek alderantzizko efektu piezoelektrikoa ere erakusten dute, non tentsio mekanikoaren barne-sorkuntza eremu elektriko aplikatu baten ondorioz sortzen den. Adibidez, berun zirkonato titanato kristalek piezoelektrizitate neurgarria sortzen dute beren egitura estatikoa jatorrizko dimentsiotik deformatzen denean. Aitzitik, kristalek beren dimentsio estatikoa alda dezakete kanpoko eremu elektriko bat aplikatzen denean, alderantzizko efektu piezoelektriko gisa ezagutzen den fenomenoa, ultrasoinu-uhinen ekoizpenean erabiltzen dena.
Pierre eta Jacques Curie fisikari frantziarrek piezoelektrizitatea aurkitu zuten 1880an. Geroztik efektu piezoelektrikoa hainbat aplikazio erabilgarritarako ustiatu izan da, besteak beste, soinua ekoizteko eta detektatzeko, tintazko inprimaketa piezoelektrikoak, tentsio handiko elektrizitatea sortzeko, erloju-sorgailuak eta gailu elektronikoak. mikrobalantzak bezalakoak eta ultrasoinu-toberak gidatzeko muntaketa optikoen fokatze ultrafinetarako. Mikroskopio-zunda-mikroskopioen oinarria ere osatzen du, atomoen eskalan irudiak ebatzi ditzaketenak. Gainera, elektronikan anplifikatutako gitarretako pickupek eta bateria elektroniko modernoetako abiarazleek efektu piezoelektrikoa erabiltzen dute.
Piezoelektrizitateak eguneroko erabilerak ere aurkitzen ditu sukaldeko eta berotzeko gailuetan gasa pizteko txinpartak sortzeko, linterna, zigarro-mezgailu eta abar. Efektu piroelektrikoa, non material batek potentzial elektrikoa sortzen duen tenperatura aldaketari erantzunez, Carl Linnaeus eta Franz Aepinus-ek XVIII. estresa eta karga elektrikoa. Harreman hori frogatzeko esperimentuak ez ziren erabakigarriak izan.
Eskoziako Hunterian Museum-eko Curie konpentsatzailean dagoen kristal piezoelektriko baten bista Pierre eta Jacques Curie anaien efektu piezoelektriko zuzenaren erakustaldia da. Piroelektrizitateari buruz duten ezagutza eta azpiko kristal-egituren ulermenak konbinatuz, piroelektrizitatearen iragarpena sortu zen, eta horri esker, turmalina, kuartzoa, topazioa, kanabera azukrea eta Rochelle gatza bezalako kristalen eraginean erakutsi zuten portaera iragartzeko aukera izan zuten. . Sodio eta potasio tartrato tetrahidratoak eta kuartzoak ere piezoelektrizitatea erakusten zuen, eta disko piezoelektriko bat erabiltzen zen tentsio bat sortzeko deformazioan. Forma aldaketa hori asko exageratu zen Curiesen erakustaldian, eta alderantzizko efektu piezoelektrikoa iragartzen joan ziren. Alderantzizko efektua matematikoki oinarrizko printzipio termodinamikoetatik ondorioztatu zuen Gabriel Lippmannek 1881ean.
Curies-ek berehala baieztatu zuten alderantzizko efektua zegoela, eta kristal piezoelektrikoetan deformazio elektro-elasto-mekanikoen erabateko itzulgarritasunaren froga kuantitatiboa lortu zuten. Hurrengo hamarkadetan, piezoelektrizitatea laborategiko bitxikeria izaten jarraitu zuen, Pierre Marie Curie-k polonioa eta erradioa aurkitzean ezinbesteko tresna bilakatu zen arte, piezoelektrizitatea erakusten zuten kristal-egiturak arakatzeko eta definitzeko erabili zuen arte. Honen amaiera Woldemar Voigt-en Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fisikako Testu liburua) argitaratu zen, piezoelektrizitaterako gai diren kristal naturalen klaseak deskribatzen zituena eta tentsoreen analisia erabiliz konstante piezoelektrikoak zorrotz definitzen zituena.
Honek gailu piezoelektrikoen aplikazio praktikoa ekarri zuen, hala nola sonarra, I. Mundu Gerran garatu zena. Frantzian, Paul Langevinek eta bere lankideek ultrasoinuzko itsaspeko detektagailu bat garatu zuten. Detektagailu hau altzairuzko plaketan arretaz itsatsitako kuartzozko kristal mehez egindako transduktore bat eta transduktoretik maiztasun handiko pultsu bat igorri ondoren itzultzen den oihartzuna detektatzeko hidrofono batek osatzen zuen. Soinu-uhinen oihartzuna entzuteko objektu baten gainean errebotatzen duten denbora neurtuz, objektuarekiko distantzia kalkulatu ahal izango dute. Piezoelektrizitatea erabili zuten sonar hau arrakasta izateko, eta proiektuak garapen eta interes bizia sortu zuen.
Harreman garrantzitsuak
- Eragingailu piezoelektrikoak: Eragingailu piezoelektrikoak energia elektrikoa mugimendu mekaniko bihurtzen duten gailuak dira. Normalean robotikan, gailu medikoetan eta mugimenduaren kontrol zehatza behar den beste aplikazio batzuetan erabiltzen dira.
- Sentsore piezoelektrikoak: Sentsore piezoelektrikoak presioa, azelerazioa eta bibrazioa bezalako parametro fisikoak neurtzeko erabiltzen dira. Sarritan erabiltzen dira industria- eta mediku-aplikazioetan, baita kontsumo-elektronikoan ere.
- Piezoelektrizitatea Naturan: Piezoelektrizitatea zenbait materialetan naturalki gertatzen den fenomenoa da, eta izaki bizidun askotan aurkitzen da. Organismo batzuek beren ingurunea hautemateko eta beste organismo batzuekin komunikatzeko erabiltzen dute.
Ondorioa
Piezoelektrizitatea hainbat aplikaziotan erabili den fenomeno harrigarria da, sonaretatik hasi eta fonografo-kartutxoetaraino. 1800eko hamarkadaren erdialdetik ikertu da, eta teknologia modernoaren garapenean eragin handia izan du. Blogeko argitalpen honek piezoelektrizitatearen historia eta erabilerak aztertu ditu, eta fenomeno honek teknologia modernoaren garapenean izan duen garrantzia nabarmendu du. Piezoelektrizitateari buruz gehiago jakiteko interesa dutenentzat, argitalpen hau abiapuntu bikaina da.
Joost Nusselder naiz, Neaeraren sortzailea eta edukien merkaturatzailea, aita, eta nire pasioaren muinean gitarra duten ekipamendu berriak probatzea maite dut, eta nire taldearekin batera, 2020tik blogeko artikulu sakonak sortzen ari naiz. irakurle leialei grabazio eta gitarra aholkuekin laguntzeko.
