A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais para xerar electricidade cando están sometidos a tensións mecánicas e viceversa. A palabra provén do grego piezo que significa presión e electricidade. Foi descuberto por primeira vez en 1880, pero o concepto é coñecido desde hai moito tempo.
O exemplo máis coñecido de piezoelectricidade é o cuarzo, pero moitos outros materiais tamén presentan este fenómeno. O uso máis común da piezoelectricidade é a produción de ultrasóns.
Neste artigo, falarei sobre o que é a piezoelectricidade, como funciona e algunhas das moitas aplicacións prácticas deste sorprendente fenómeno.
Que é a piezoelectricidade?
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais para xerar unha carga eléctrica en resposta ao esforzo mecánico aplicado. É unha interacción electromecánica lineal entre estados mecánicos e eléctricos en materiais cristalinos con simetría de inversión. Os materiais piezoeléctricos pódense usar para xerar electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos, dispositivos electrónicos, microbalanzas, boquillas ultrasónicas para impulsar e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino.
Os materiais piezoeléctricos inclúen cristais, certas cerámicas, materia biolóxica como óso e ADN e proteínas. Cando se aplica unha forza a un material piezoeléctrico, este produce unha carga eléctrica. Esta carga pódese usar entón para alimentar dispositivos ou crear unha tensión.
Os materiais piezoeléctricos úsanse nunha variedade de aplicacións, incluíndo:
• Produción e detección de son
• Impresión inkjet piezoeléctrica
• Xeración de enerxía eléctrica de alta tensión
• Xeradores de reloxos
• Dispositivos electrónicos
• Microbalanzas
• Conducir boquillas ultrasónicas
• Conxuntos ópticos de enfoque ultrafino
• Recollidas para guitarras con amplificación electrónica
• Disparadores para baterías electrónicas modernas
• Produción de faíscas para acender gas
• Aparellos de cociña e quecemento
• Lanchos e chisqueiros.
Cal é a historia da piezoelectricidade?
A piezoelectricidade foi descuberta en 1880 polos físicos franceses Jacques e Pierre Curie. É a carga eléctrica que se acumula en certos materiais sólidos, como cristais, cerámicas e materia biolóxica, en resposta á tensión mecánica aplicada. A palabra "piezoelectricidade" deriva da palabra grega "piezein", que significa "espremer" ou "premer", e "elektron", que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico resulta da interacción electromecánica lineal entre os estados mecánico e eléctrico de materiais cristalinos con simetría de inversión. É un proceso reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado.
O coñecemento combinado dos Curie sobre a piroelectricidade e a comprensión das estruturas cristalinas subxacentes deu lugar á predición da piroelectricidade e á capacidade de predicir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse no efecto de cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle.
Os Curies inmediatamente confirmaron a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas en cristais piezoeléctricos. Ao longo das décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio ata que se converteu nunha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie.
A piezoelectricidade foi explotada para moitas aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos, microbalanzas, boquillas ultrasónicas de accionamento, enfoque ultrafino de conxuntos ópticos e as formas base dos microscopios de sonda de varrido para resolver imaxes a escala de átomos.
A piezoelectricidade tamén ten usos cotiáns, como a xeración de faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e o efecto piroeléctrico, onde un material xera un potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura.
O desenvolvemento do sonar durante a Primeira Guerra Mundial viu o uso de cristais piezoeléctricos desenvolvidos polos Bell Telephone Laboratories. Isto permitiu ás forzas aéreas aliadas participar en ataques masivos coordinados mediante a radio da aviación. O desenvolvemento de dispositivos e materiais piezoeléctricos nos Estados Unidos mantivo ás empresas no desenvolvemento dos inicios bélicos no campo dos intereses, conseguindo patentes rendibles para novos materiais.
Xapón viu as novas aplicacións e o crecemento da industria piezoeléctrica dos Estados Unidos e desenvolveu rapidamente as súas propias. Compartiron información rapidamente e desenvolveron materiais de titanato de bario e posteriormente de titanato de circonato de chumbo con propiedades específicas para aplicacións particulares.
A piezoelectricidade percorreu un longo camiño desde o seu descubrimento en 1880, e agora utilízase nunha variedade de aplicacións cotiás. Tamén se utilizou para facer avances na investigación de materiais, como os reflectómetros ultrasónicos do dominio do tempo, que envían un pulso ultrasónico a través dun material para medir reflexións e descontinuidades para atopar defectos no interior de obxectos de metal fundido e pedra, mellorando a seguridade estrutural.
Como funciona a piezoelectricidade
Nesta sección, vou explorar como funciona a piezoelectricidade. Vou ver a acumulación de carga eléctrica nos sólidos, a interacción electromecánica lineal e o proceso reversible que constitúe este fenómeno. Tamén falarei da historia da piezoelectricidade e as súas aplicacións.
Acumulación de carga eléctrica en sólidos
A piezoelectricidade é a carga eléctrica que se acumula en certos materiais sólidos, como os cristais, a cerámica e a materia biolóxica como os ósos e o ADN. É unha resposta ao estrés mecánico aplicado, e o seu nome provén das palabras gregas "piezein" (espremer ou presionar) e "ēlektron" (ámbar).
O efecto piezoeléctrico resulta da interacción electromecánica lineal entre os estados mecánicos e eléctricos en materiais cristalinos con simetría de inversión. É un proceso reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, onde a xeración interna de tensión mecánica resulta dun campo eléctrico aplicado. Exemplos de materiais que xeran piezoelectricidade medible inclúen cristais de titanato de circonato de chumbo.
Os físicos franceses Pierre e Jacques Curie descubriron a piezoelectricidade en 1880. Desde entón foi explotada para unha variedade de aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica de inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos como microbalanzas. e impulsar boquillas ultrasónicas para o enfoque ultrafino de conxuntos ópticos. Tamén constitúe a base dos microscopios de sonda de varrido, que poden resolver imaxes a escala de átomos. A piezoelectricidade tamén se usa nas pastillas para guitarras amplificadas electrónicamente e nos disparadores das baterías electrónicas modernas.
A piezoelectricidade ten usos cotiáns na xeración de faíscas para acender gas, en aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e o efecto piroeléctrico, onde un material xera un potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura. Isto foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose no coñecemento de René Haüy e Antoine César Becquerel, quen postulou unha relación entre a tensión mecánica e a carga eléctrica. Os experimentos resultaron inconclusos.
A vista dun cristal piezoeléctrico no compensador Curie no Museo Hunterian de Escocia é unha demostración do efecto piezoeléctrico directo. Os irmáns Pierre e Jacques Curie combinaron os seus coñecementos sobre a piroelectricidade coa comprensión das estruturas cristalinas subxacentes, o que deu lugar á predición da piroelectricidade. Puideron predicir o comportamento dos cristais e demostraron o efecto en cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle. O tartrato de sodio potásico tetrahidratado e o cuarzo tamén mostraron piezoelectricidade. Un disco piezoeléctrico xera unha tensión cando se deforma, e o cambio de forma é moi esaxerado na demostración dos Curie.
Puideron predecir o efecto piezoeléctrico inverso, e o efecto inverso foi deducido matematicamente por Gabriel Lippmann en 1881. Os Curie confirmaron inmediatamente a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade da electroelasto- deformacións mecánicas en cristais piezoeléctricos.
Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio, pero foi unha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt, que describía as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definía rigorosamente as constantes piezoeléctricas mediante a análise de tensores. Esta foi a aplicación práctica dos dispositivos piezoeléctricos, e o sonar foi desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial. En Francia, Paul Langevin e os seus compañeiros desenvolveron un detector de ultrasóns submarino.
O detector estaba composto por un transdutor feita de finos cristais de cuarzo coidadosamente pegados a placas de aceiro, e un hidrófono para detectar o eco devolto. Ao emitir un alto frecuencia pulso do transdutor e medindo o tempo que tarda en escoitar o eco das ondas sonoras que rebotan nun obxecto, puideron calcular a distancia ao obxecto. Usaron a piezoelectricidade para facer do sonar un éxito, e o proxecto creou un intenso desenvolvemento e interese polos dispositivos piezoeléctricos. Ao longo das décadas, exploráronse e desenvolvéronse novos materiais piezoeléctricos e novas aplicacións para os materiais, e os dispositivos piezoeléctricos atoparon fogares nunha variedade de campos. Os cartuchos de fonógrafo de cerámica simplificaron o deseño dos reprodutores e fixeron que os tocadiscos sexan baratos e precisos, máis baratos de manter e máis fáciles de construír.
O desenvolvemento de transdutores ultrasónicos permitiu medir facilmente a viscosidade e a elasticidade de fluídos e sólidos, o que provocou grandes avances na investigación de materiais.
Interacción electromecánica lineal
A piezoelectricidade é a capacidade que teñen certos materiais de xerar carga eléctrica cando se someten a tensións mecánicas. A palabra deriva das palabras gregas πιέζειν (piezein) que significa "espremer ou presionar" e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa "ámbar", que era unha antiga fonte de carga eléctrica.
A piezoelectricidade foi descuberta en 1880 polos físicos franceses Jacques e Pierre Curie. Baséase na interacción electromecánica lineal entre os estados mecánico e eléctrico dos materiais cristalinos con simetría de inversión. Este efecto é reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan un efecto piezoeléctrico inverso, polo que a xeración interna de tensión mecánica resulta dun campo eléctrico aplicado. Exemplos de materiais que xeran piezoelectricidade medible cando se deforman a partir da súa estrutura estática inclúen os cristais de titanato de circonato de chumbo. Pola contra, os cristais poden cambiar a súa dimensión estática cando se aplica un campo eléctrico externo, que se coñece como efecto piezoeléctrico inverso e que se usa na produción de ondas ultrasóns.
A piezoelectricidade exploouse para unha variedade de aplicacións útiles, como:
• Produción e detección de son
• Impresión inkjet piezoeléctrica
• Xeración de enerxía eléctrica de alta tensión
• Xerador de reloxos
• Dispositivos electrónicos
• Microbalanzas
• Conducir boquillas ultrasónicas
• Conxuntos ópticos de enfoque ultrafino
• Constitúe a base dos microscopios de sonda de varrido para resolver imaxes a escala de átomos
• Pastillas en guitarras con amplificación electrónica
• Disparadores na batería electrónica moderna
• Xerar faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción
• Lanchos e chisqueiros
A piezoelectricidade tamén atopa usos cotiáns no efecto piroeléctrico, que é un material que xera un potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura. Isto foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose no coñecemento de René Haüy e Antoine César Becquerel, quen postulou unha relación entre a tensión mecánica e a carga eléctrica. Non obstante, os experimentos resultaron inconclusos.
Ver un cristal piezoeléctrico no compensador Curie do Museo Hunterian de Escocia é unha demostración do efecto piezoeléctrico directo. Foi o traballo dos irmáns Pierre e Jacques Curie o que explorou e definiu as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade, culminando coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt. Isto describiu as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoeléctricas mediante a análise de tensores, o que leva á aplicación práctica de dispositivos piezoeléctricos.
O sonar foi desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial, cando o francés Paul Langevin e os seus compañeiros de traballo desenvolveron un detector de ultrasóns submarino. Este detector consistía nun transdutor feito de finos cristais de cuarzo pegados coidadosamente a placas de aceiro, e un hidrófono para detectar o eco retornado despois de emitir un pulso de alta frecuencia do transdutor. Medindo o tempo que tarda en escoitar o eco das ondas sonoras que rebotan nun obxecto, puideron calcular a distancia do obxecto, facendo uso da piezoelectricidade. O éxito deste proxecto creou un intenso desenvolvemento e interese polos dispositivos piezoeléctricos ao longo das décadas, explorando e desenvolvendo novos materiais piezoeléctricos e novas aplicacións para estes materiais. Os dispositivos piezoeléctricos atoparon fogares en moitos campos, como os cartuchos de fonógrafos de cerámica, que simplificaron o deseño dos reprodutores e fixeron que os tocadiscos fosen máis baratos e precisos, e máis baratos e máis fáciles de construír e manter.
O desenvolvemento de transdutores ultrasónicos permitiu medir facilmente a viscosidade e a elasticidade de fluídos e sólidos, o que provocou grandes avances na investigación de materiais. Os reflectómetros ultrasónicos do dominio do tempo envían un pulso ultrasónico nun material e miden as reflexións e descontinuidades para atopar defectos no interior de obxectos de pedra e metal fundido, mellorando a seguridade estrutural. Despois da Segunda Guerra Mundial, grupos de investigación independentes dos Estados Unidos, Rusia e Xapón descubriron unha nova clase de materiais sintéticos chamados ferroeléctricos, que presentaban constantes piezoeléctricas moitas veces superiores ás dos materiais naturais. Isto levou a unha intensa investigación para desenvolver titanato de bario, e posteriormente titanato de circonato de chumbo, materiais con propiedades específicas para aplicacións particulares.
Un exemplo significativo do uso de cristais piezoeléctricos foi desenvolvido polos Bell Telephone Laboratories despois da Segunda Guerra Mundial. Frederick R. Lack, traballando no departamento de enxeñería de radiotelefonía,
Proceso reversible
A piezoelectricidade é unha carga eléctrica que se acumula en certos materiais sólidos, como cristais, cerámicas e materia biolóxica como óso e ADN. É a resposta destes materiais á tensión mecánica aplicada. A palabra "piezoelectricidade" provén das palabras gregas "piezein" que significa "espremer" ou "premer" e "ēlektron" que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico resulta da interacción electromecánica lineal entre os estados mecánico e eléctrico de materiais cristalinos con simetría de inversión. É un proceso reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Exemplos de materiais que xeran piezoelectricidade medible inclúen cristais de titanato de circonato de chumbo. Cando a estrutura estática destes cristais se deforma, volven á súa dimensión orixinal e, pola contra, cando se aplica un campo eléctrico externo, cambian a súa dimensión estática, producindo ondas ultrasóns.
Os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descubriron a piezoelectricidade en 1880. Desde entón foi explotada para unha variedade de aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica de inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos, dispositivos electrónicos, microbalanzas, etc. accionar boquillas ultrasónicas e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino. Tamén constitúe a base para os microscopios de sonda de varrido, que poden resolver imaxes a escala de átomos. A piezoelectricidade tamén se usa en pastillas para guitarras amplificadas electrónicamente e gatillos para baterías electrónicas modernas.
A piezoelectricidade tamén ten usos cotiáns, como xerar faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e moito máis. O efecto piroeléctrico, no que un material xera un potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus, Franz Aepinus e René Haüy a mediados do século XVIII, baseándose no coñecemento do ámbar. Antoine César Becquerel postulou unha relación entre a tensión mecánica e a carga eléctrica, pero os experimentos non resultaron concluíntes.
Os visitantes do Museo Hunterian de Glasgow poden ver o Piezo Crystal Curie Compensator, unha demostración do efecto piezoeléctrico directo dos irmáns Pierre e Jacques Curie. A combinación dos seus coñecementos sobre a piroelectricidade coa comprensión das estruturas cristalinas subxacentes deu lugar á predición da piroelectricidade e á capacidade de predicir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse co efecto de cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle. O tetrahidrato de tartrato de sodio e potasio e o cuarzo tamén presentaban piezoelectricidade, e utilizouse un disco piezoeléctrico para xerar unha tensión cando se deformaba. Este cambio de forma foi moi esaxerado polos Curie para predicir o efecto piezoeléctrico inverso. O efecto inverso foi deducido matematicamente a partir dos principios termodinámicos fundamentais por Gabriel Lippmann en 1881.
Os Curies inmediatamente confirmaron a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas en cristais piezoeléctricos. Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio, pero foi unha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt. Isto describiu as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoeléctricas mediante a análise de tensores.
A aplicación práctica de dispositivos piezoeléctricos, como o sonar, desenvolveuse durante a Primeira Guerra Mundial. En Francia, Paul Langevin e os seus compañeiros desenvolveron un detector de ultrasóns submarino. Este detector consistía nun transdutor feito de finos cristais de cuarzo pegados coidadosamente a placas de aceiro, e un hidrófono para detectar o eco retornado. Ao emitir un pulso de alta frecuencia dende o transdutor e medir o tempo que tarda en escoitar o eco das ondas sonoras que rebotan nun obxecto, puideron calcular a distancia do obxecto. Usaron a piezoelectricidade para que este sonar fose un éxito. Este proxecto creou un intenso desenvolvemento e interese nos dispositivos piezoeléctricos, e ao longo das décadas exploráronse e desenvolvéronse novos materiais piezoeléctricos e novas aplicacións para estes materiais. Dispositivos piezoeléctricos
Que causa a piezoelectricidade?
Nesta sección, vou explorar as orixes da piezoelectricidade e os diversos materiais que exhiben este fenómeno. Vou ver a palabra grega 'piezein', a antiga fonte de carga eléctrica e o efecto piroelectricidade. Tamén falarei dos descubrimentos de Pierre e Jacques Curie e do desenvolvemento de dispositivos piezoeléctricos no século XX.
Palabra grega Piezein
A piezoelectricidade é a acumulación de carga eléctrica en certos materiais sólidos, como cristais, cerámicas e materia biolóxica como ósos e ADN. Prodúcese pola resposta destes materiais ao esforzo mecánico aplicado. A palabra piezoelectricidade provén da palabra grega "piezein", que significa "espremer ou presionar", e "ēlektron", que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico resulta da interacción electromecánica lineal entre os estados mecánico e eléctrico de materiais cristalinos con simetría de inversión. É un proceso reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Por exemplo, os cristais de titanato de circonato de chumbo xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, os cristais poden cambiar a súa dimensión estática cando se aplica un campo eléctrico externo, que se coñece como efecto piezoeléctrico inverso e é a produción de ondas ultrasóns.
Os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descubriron a piezoelectricidade en 1880. O efecto piezoeléctrico foi explotado para moitas aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica de inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos como microbalanzas. , accionar boquillas ultrasónicas e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino. Tamén constitúe a base dos microscopios de sonda de varrido, que poden resolver imaxes a escala de átomos. A piezoelectricidade tamén se usa en pastillas para guitarras amplificadas electrónicamente e gatillos para baterías electrónicas modernas.
A piezoelectricidade ten usos cotiáns, como xerar faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e moito máis. O efecto piroeléctrico, que é a xeración de potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose no coñecemento de René Haüy e Antoine César Becquerel, quen plantexaba unha relación entre tensión mecánica e carga eléctrica. Os experimentos resultaron inconclusos.
No museo de Escocia, os visitantes poden ver un compensador de Curie de cristal piezoeléctrico, unha demostración do efecto piezoeléctrico directo dos irmáns Pierre e Jacques Curie. A combinación dos seus coñecementos sobre a piroelectricidade coa comprensión das estruturas cristalinas subxacentes deu lugar á predición da piroelectricidade e á capacidade de predicir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse polo efecto de cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle. O tartrato de sodio potásico tetrahidratado e o cuarzo da sal de Rochelle mostraron piezoelectricidade e un disco piezoeléctrico xera tensión cando se deforma. Este cambio de forma é moi esaxerado na manifestación dos Curie.
Os Curies pasaron a obter probas cuantitativas da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas en cristais piezoeléctricos. Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio ata que se converteu nunha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt. Isto describiu as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoeléctricas mediante a análise de tensores.
Esta aplicación práctica da piezoelectricidade levou ao desenvolvemento do sonar durante a Primeira Guerra Mundial. En Francia, Paul Langevin e os seus compañeiros desenvolveron un detector de ultrasóns submarino. O detector consistía nun transdutor feito de finos cristais de cuarzo coidadosamente pegados a placas de aceiro, chamado hidrófono, para detectar o eco de retorno tras emitir un pulso de alta frecuencia. O transdutor mediu o tempo que tardou en escoitar o eco das ondas sonoras que rebotan nun obxecto para calcular a distancia do obxecto. O uso da piezoelectricidade no sonar foi un éxito, e o proxecto creou un intenso desenvolvemento e interese nos dispositivos piezoeléctricos durante décadas.
Exploráronse e desenvolvéronse novos materiais piezoeléctricos e novas aplicacións para estes materiais, e os dispositivos piezoeléctricos atoparon fogares en moitos campos, como os cartuchos de fonógrafos cerámicos, que simplificaron o deseño do reprodutor e fixeron que se fabricasen tocadiscos máis baratos, máis precisos e máis baratos de manter e máis fáciles de manter. construír. O desenvolvemento
Fonte antiga de carga eléctrica
A piezoelectricidade é a carga eléctrica que se acumula en certos materiais sólidos, como os cristais, a cerámica e a materia biolóxica como os ósos e o ADN. Prodúcese pola resposta do material á tensión mecánica aplicada. A palabra "piezoelectricidade" provén da palabra grega "piezein", que significa "espremer ou presionar", e da palabra "elektron", que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico resulta da interacción electromecánica lineal entre os estados mecánico e eléctrico de materiais cristalinos con simetría de inversión. É un proceso reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Por exemplo, os cristais de titanato de circonato de chumbo xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, cando se aplica un campo eléctrico externo, os cristais cambian a súa dimensión estática nun efecto piezoeléctrico inverso, producindo ondas ultrasóns.
O efecto piezoeléctrico foi descuberto en 1880 polos físicos franceses Jacques e Pierre Curie. Utilízase para unha variedade de aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión de inxección de tinta piezoeléctrica, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos como microbalanzas e boquillas ultrasónicas de accionamento para o enfoque ultrafino de conxuntos ópticos. Tamén constitúe a base para os microscopios de sonda de varrido, que se utilizan para resolver imaxes a escala de átomos. A piezoelectricidade tamén se usa en pastillas para guitarras amplificadas electrónicamente e gatillos para baterías electrónicas modernas.
A piezoelectricidade ten usos cotiáns para xerar faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e moito máis. O efecto piroeléctrico, que é a produción de potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose nos coñecementos de René Haüy e Antoine César Becquerel que postularon unha relación entre a mecánica. estrés e carga eléctrica. Non obstante, os seus experimentos resultaron inconclusos.
A vista dun cristal piezoeléctrico e do compensador Curie no Museo Hunterian de Escocia demostran o efecto piezoeléctrico directo. Foi o traballo dos irmáns Pierre e Jacques Curie o que explorou e definiu as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade, culminando coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt. Isto describiu as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoeléctricas mediante a análise de tensores, permitindo a aplicación práctica de dispositivos piezoeléctricos.
O sonar foi desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial polo francés Paul Langevin e os seus compañeiros de traballo, que desenvolveron un detector de ultrasóns submarino. O detector consistía nun transdutor feito de finos cristais de cuarzo pegados coidadosamente a placas de aceiro e un hidrófono para detectar o eco retornado. Ao emitir un pulso de alta frecuencia dende o transdutor e medir o tempo que tarda en escoitar o eco das ondas sonoras que rebotan nun obxecto, puideron calcular a distancia ata o obxecto. Usaron a piezoelectricidade para que este sonar fose un éxito. O proxecto creou un intenso desenvolvemento e interese polos dispositivos piezoeléctricos durante décadas.
Piroelectricidade
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais para acumular carga eléctrica en resposta á tensión mecánica aplicada. É unha interacción electromecánica lineal entre os estados mecánico e eléctrico de materiais cristalinos con simetría de inversión. A palabra "piezoelectricidade" deriva da palabra grega "piezein", que significa "espremer ou presionar", e da palabra grega "ēlektron", que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico foi descuberto polos físicos franceses Jacques e Pierre Curie en 1880. É un proceso reversible, o que significa que os materiais que presentan o efecto piezoeléctrico tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Exemplos de materiais que xeran piezoelectricidade medible inclúen cristais de titanato de circonato de chumbo. Cando unha estrutura estática se deforma, volve á súa dimensión orixinal. Pola contra, cando se aplica un campo eléctrico externo, prodúcese o efecto piezoeléctrico inverso, dando lugar á produción de ondas ultrasóns.
O efecto piezoeléctrico úsase para moitas aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica de inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos como microbalanzas, boquillas ultrasónicas e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino. Tamén é a base para os microscopios de sonda de varrido, que se utilizan para resolver imaxes a escala de átomos. A piezoelectricidade tamén se usa nas pastillas para guitarras amplificadas electrónicamente e nos disparadores das baterías electrónicas modernas.
A piezoelectricidade ten usos cotiáns, como xerar faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e moito máis. O efecto piroeléctrico, que é a produción de potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose nos coñecementos de René Haüy e Antoine César Becquerel, que propuxeran unha relación. entre a tensión mecánica e a carga eléctrica. Non obstante, os experimentos resultaron inconclusos.
A vista dun cristal piezoeléctrico no Curie Compensator Museum de Escocia é unha demostración do efecto piezoeléctrico directo. Os irmáns Pierre e Jacques Curie combinaron os seus coñecementos sobre a piroelectricidade e a súa comprensión das estruturas cristalinas subxacentes para dar lugar á comprensión da piroelectricidade e predicir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse no efecto de cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle. Atopouse que o tartrato de sodio potásico tetrahidratado e o cuarzo exhibían piezoelectricidade e utilizouse un disco piezoeléctrico para xerar unha tensión cando se deformaba. Isto foi moi esaxerado polos Curie para predicir o efecto piezoeléctrico inverso. O efecto inverso foi deducido matematicamente por principios termodinámicos fundamentais por Gabriel Lippmann en 1881.
Os Curies inmediatamente confirmaron a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas en cristais piezoeléctricos. Nas décadas seguintes, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio ata que se converteu nunha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt.
O desenvolvemento do sonar foi un éxito, e o proxecto creou un intenso desenvolvemento e interese polos dispositivos piezoeléctricos. Nas décadas seguintes exploráronse e desenvolvéronse novos materiais piezoeléctricos e novas aplicacións para estes materiais. Os dispositivos piezoeléctricos atoparon fogares en moitos campos, como os cartuchos de fonógrafos cerámicos, o que simplificaron o deseño do reprodutor e fixeron que os tocadiscos fosen máis baratos e precisos, máis baratos de manter e máis fáciles de construír. O desenvolvemento de transdutores ultrasónicos permitiu medir facilmente a viscosidade e a elasticidade de fluídos e sólidos, o que provocou grandes avances na investigación de materiais. Os reflectómetros ultrasónicos do dominio do tempo envían un pulso ultrasónico nun material e miden as reflexións e descontinuidades para atopar defectos no interior de obxectos de pedra e metal fundido, mellorando a seguridade estrutural.
Despois da Segunda Guerra Mundial, grupos de investigación independentes dos Estados Unidos, Rusia e Xapón descubriron unha nova clase de materiais sintéticos chamados ferroeléctricos, que presentaban constantes piezoeléctricas que eran
Materiais Piezoeléctricos
Nesta sección, falarei dos materiais que presentan o efecto piezoeléctrico, que é a capacidade de certos materiais para acumular carga eléctrica en resposta ao estrés mecánico aplicado. Vou ver os cristais, a cerámica, a materia biolóxica, os ósos, o ADN e as proteínas, e como responden todos ao efecto piezoeléctrico.
cristais
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais para acumular carga eléctrica en resposta á tensión mecánica aplicada. A palabra piezoelectricidade deriva das palabras gregas πιέζειν (piezein) que significa "premer" ou "premer" e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica. Os materiais piezoeléctricos inclúen cristais, cerámica, materia biolóxica, óso, ADN e proteínas.
A piezoelectricidade é unha interacción electromecánica lineal entre estados mecánicos e eléctricos en materiais cristalinos con simetría de inversión. Este efecto é reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Exemplos de materiais que xeran piezoelectricidade medible inclúen os cristais de titanato de circonato de chumbo, que poden deformarse ata a súa dimensión orixinal ou, pola contra, cambiar a súa dimensión estática cando se aplica un campo eléctrico externo. Isto coñécese como efecto piezoeléctrico inverso e úsase para producir ondas ultrasóns.
Os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descubriron a piezoelectricidade en 1880. O efecto piezoeléctrico foi explotado para unha variedade de aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica de inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos como como microbalanzas, boquillas ultrasónicas e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino. Tamén constitúe a base para os microscopios de sonda de varrido, que se utilizan para resolver imaxes a escala de átomos. As pastillas piezoeléctricas tamén se usan nas guitarras amplificadas electrónicamente e os disparadores nas baterías electrónicas modernas.
A piezoelectricidade ten usos cotiáns para xerar faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, así como en fachos e chisqueiros. O efecto piroeléctrico, que é a xeración de potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose nos coñecementos de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postularon unha relación entre a mecánica. estrés e carga eléctrica. Os experimentos para probar esta teoría non foron concluíntes.
A vista dun cristal piezoeléctrico no compensador Curie do Museo Hunterian de Escocia é unha demostración do efecto piezoeléctrico directo. Os irmáns Pierre e Jacques Curie combinaron os seus coñecementos sobre a piroelectricidade coa comprensión das estruturas cristalinas subxacentes para dar lugar á predición da piroelectricidade. Puideron predicir o comportamento dos cristais e demostraron o efecto en cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle. O tartrato de sodio potásico tetrahidratado e o cuarzo tamén mostraron piezoelectricidade. Un disco piezoeléctrico xera tensión cando se deforma; o cambio de forma é moi esaxerado na manifestación dos Curie.
Tamén puideron predicir o efecto piezoeléctrico inverso e deducir matematicamente os principios termodinámicos fundamentais detrás del. Gabriel Lippmann fíxoo en 1881. Os Curie confirmaron inmediatamente a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas nos cristais piezoeléctricos.
Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio, pero foi unha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt, que describía as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definía rigorosamente as constantes piezoeléctricas mediante a análise de tensores.
A aplicación práctica dos dispositivos piezoeléctricos no sonar desenvolveuse durante a Primeira Guerra Mundial. En Francia, Paul Langevin e os seus compañeiros de traballo desenvolveron un detector de ultrasóns submarino. Este detector consistía nun transdutor feito de finos cristais de cuarzo pegados coidadosamente a placas de aceiro, chamado hidrófono, para detectar o eco de retorno tras emitir un pulso de alta frecuencia. Medindo o tempo que tarda en escoitar o eco das ondas sonoras que rebotan nun obxecto, puideron calcular a distancia ao obxecto. Este uso da piezoelectricidade no sonar foi un éxito, e o proxecto creou un intenso desenvolvemento e interese nos dispositivos piezoeléctricos ao longo das décadas.
cerámica
Os materiais piezoeléctricos son sólidos que acumulan carga eléctrica en resposta á tensión mecánica aplicada. A piezoelectricidade deriva das palabras gregas πιέζειν (piezein) que significa "premer" ou "premer" e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica. Os materiais piezoeléctricos utilízanse nunha variedade de aplicacións, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica de inxección de tinta e a xeración de electricidade de alta tensión.
Os materiais piezoeléctricos atópanse en cristais, cerámicas, materia biolóxica, ósos, ADN e proteínas. A cerámica son os materiais piezoeléctricos máis comúns utilizados nas aplicacións cotiás. A cerámica está feita a partir dunha combinación de óxidos metálicos, como o titanato de circonato de chumbo (PZT), que se quentan a altas temperaturas para formar un sólido. A cerámica é moi duradeira e pode soportar temperaturas e presións extremas.
A cerámica piezoeléctrica ten unha variedade de usos, incluíndo:
• Xerar faíscas para acender gas de aparellos de cociña e quecemento, como fachos e chisqueiros.
• Xeración de ondas ultrasóns para imaxes médicas.
• Xeración de enerxía eléctrica de alta tensión para xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos.
• Xeración de microbalanzas para o seu uso en pesaxe de precisión.
• Condución de boquillas ultrasónicas para o enfoque ultrafino de conxuntos ópticos.
• Formando a base para os microscopios de sonda de varrido, que poden resolver imaxes a escala de átomos.
• Pastillas para guitarras con amplificación electrónica e gatillos para baterías electrónicas modernas.
A cerámica piezoeléctrica úsase nunha ampla gama de aplicacións, desde produtos electrónicos de consumo ata imaxes médicas. Son moi duradeiros e poden soportar temperaturas e presións extremas, polo que son ideais para o seu uso en diversas industrias.
Materia Biolóxica
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais para acumular carga eléctrica en resposta á tensión mecánica aplicada. Derívase da palabra grega "piezein", que significa "espremer ou presionar", e "ēlektron", que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
A materia biolóxica como os ósos, o ADN e as proteínas están entre os materiais que presentan piezoelectricidade. Este efecto é reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Exemplos destes materiais inclúen os cristais de titanato de circonato de chumbo, que xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, cando se aplica un campo eléctrico externo, os cristais cambian a súa dimensión estática, producindo ondas ultrasóns a través do efecto piezoeléctrico inverso.
O descubrimento da piezoelectricidade foi feito polos físicos franceses Jacques e Pierre Curie en 1880. Desde entón foi explotada para unha variedade de aplicacións útiles, como:
• Produción e detección de son
• Impresión inkjet piezoeléctrica
• Xeración de enerxía eléctrica de alta tensión
• Xerador de reloxos
• Dispositivos electrónicos
• Microbalanzas
• Conducir boquillas ultrasónicas
• Conxuntos ópticos de enfoque ultrafino
• Constitúe a base dos microscopios con sonda de varrido
• Resolve imaxes a escala de átomos
• Pastillas en guitarras con amplificación electrónica
• Disparadores na batería electrónica moderna
A piezoelectricidade tamén se usa en artigos cotiáns, como dispositivos de cociña e calefacción a gas, fachos, chisqueiros e moito máis. O efecto piroeléctrico, que é a produción de potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII. A partir dos coñecementos de René Haüy e Antoine César Becquerel, puxeron unha relación entre a tensión mecánica e a carga eléctrica, pero os seus experimentos resultaron inconclusos.
A vista dun cristal piezoeléctrico no Curie Compensator do Museo Hunterian de Escocia é unha demostración do efecto piezoeléctrico directo. Os irmáns Pierre e Jacques Curie combinaron os seus coñecementos sobre a piroelectricidade e a súa comprensión das estruturas cristalinas subxacentes para dar lugar á predición da piroelectricidade e predicir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse polo efecto de cristais como a turmalina, o cuarzo, o topacio, o azucre de cana e o sal de Rochelle. O tetrahidrato de tartrato de sodio e potasio e o cuarzo tamén presentaban piezoelectricidade, e utilizouse un disco piezoeléctrico para xerar unha tensión cando se deformaba. Este efecto foi moi esaxerado polos Curie para predicir o efecto piezoeléctrico inverso. O efecto inverso foi deducido matematicamente a partir dos principios termodinámicos fundamentais por Gabriel Lippmann en 1881.
Os Curies inmediatamente confirmaron a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas en cristais piezoeléctricos. Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio ata que se converteu nunha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade culminou coa publicación do 'Lehrbuch der Kristallphysik' (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt.
óso
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais para acumular carga eléctrica en resposta á tensión mecánica aplicada. O óso é un destes materiais que exhibe este fenómeno.
O óso é un tipo de materia biolóxica que está composto por proteínas e minerais, incluíndo coláxeno, calcio e fósforo. É o máis piezoeléctrico de todos os materiais biolóxicos, e é capaz de xerar unha tensión cando se somete a tensión mecánica.
O efecto piezoeléctrico no óso é o resultado da súa estrutura única. Está composto por unha rede de fibras de coláxeno que están incrustadas nunha matriz de minerais. Cando o óso está sometido a tensión mecánica, as fibras de coláxeno móvense, facendo que os minerais se polarizen e xeren unha carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico no óso ten unha serie de aplicacións prácticas. Utilízase en imaxes médicas, como ultrasóns e imaxes de raios X, para detectar fracturas óseas e outras anomalías. Tamén se usa nos audífonos de condución ósea, que utilizan o efecto piezoeléctrico para converter as ondas sonoras en sinais eléctricos que se envían directamente ao oído interno.
O efecto piezoeléctrico no óso tamén se usa en implantes ortopédicos, como articulacións artificiais e membros protésicos. Os implantes utilizan o efecto piezoeléctrico para converter a enerxía mecánica en enerxía eléctrica, que despois se usa para alimentar o dispositivo.
Ademais, estase a explorar o efecto piezoeléctrico nos ósos para o seu uso no desenvolvemento de novos tratamentos médicos. Por exemplo, os investigadores están investigando o uso da piezoelectricidade para estimular o crecemento óseo e reparar o tecido danado.
En xeral, o efecto piezoeléctrico no óso é un fenómeno fascinante cunha ampla gama de aplicacións prácticas. Estase a utilizar nunha variedade de aplicacións médicas e tecnolóxicas, e estase explorando para o seu uso no desenvolvemento de novos tratamentos.
ADN
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais para acumular carga eléctrica en resposta á tensión mecánica aplicada. O ADN é un destes materiais que exhibe este efecto. O ADN é unha molécula biolóxica que se atopa en todos os organismos vivos e está composto por catro bases nucleotídicas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T).
O ADN é unha molécula complexa que se pode usar para xerar carga eléctrica cando se somete a estrés mecánico. Isto débese ao feito de que as moléculas de ADN están compostas por dúas cadeas de nucleótidos que están unidas por enlaces de hidróxeno. Cando se rompen estes enlaces, xérase carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico do ADN utilizouse nunha variedade de aplicacións, incluíndo:
• Xeración de electricidade para implantes médicos
• Detección e medición de forzas mecánicas nas células
• Desenvolvemento de sensores a nanoescala
• Creación de biosensores para a secuenciación do ADN
• Xeración de ondas ultrasóns para a imaxe
Tamén se está a explorar o efecto piezoeléctrico do ADN para o seu uso potencial no desenvolvemento de novos materiais, como nanocables e nanotubos. Estes materiais poderían usarse para unha variedade de aplicacións, incluíndo almacenamento de enerxía e detección.
O efecto piezoeléctrico do ADN estudouse amplamente e descubriuse que é moi sensible ao estrés mecánico. Isto convérteo nunha ferramenta valiosa para investigadores e enxeñeiros que buscan desenvolver novos materiais e tecnoloxías.
En conclusión, o ADN é un material que presenta o efecto piezoeléctrico, que é a capacidade de acumular carga eléctrica en resposta ao estrés mecánico aplicado. Este efecto utilizouse nunha variedade de aplicacións, incluíndo implantes médicos, sensores a nanoescala e secuenciación de ADN. Tamén se está a explorar o seu uso potencial no desenvolvemento de novos materiais, como nanofíos e nanotubos.
Proteínas
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais para acumular carga eléctrica en resposta á tensión mecánica aplicada. Os materiais piezoeléctricos, como proteínas, cristais, cerámicas e materia biolóxica como ósos e ADN, presentan este efecto. As proteínas, en particular, son un material piezoeléctrico único, xa que están compostas por unha estrutura complexa de aminoácidos que se poden deformar para xerar carga eléctrica.
As proteínas son o tipo de material piezoeléctrico máis abundante e atópanse en diversas formas. Pódense atopar en forma de encimas, hormonas e anticorpos, así como en forma de proteínas estruturais como coláxeno e queratina. As proteínas tamén se atopan en forma de proteínas musculares, que son responsables da contracción e relaxación muscular.
O efecto piezoeléctrico das proteínas débese ao feito de que están compostas por unha estrutura complexa de aminoácidos. Cando estes aminoácidos se deforman, xeran carga eléctrica. Esta carga eléctrica pódese usar entón para alimentar unha variedade de dispositivos, como sensores e actuadores.
As proteínas tamén se usan nunha variedade de aplicacións médicas. Por exemplo, utilízanse para detectar a presenza de determinadas proteínas no organismo, que poden utilizarse para diagnosticar enfermidades. Tamén se utilizan para detectar a presenza de certas bacterias e virus, que poden ser utilizados para diagnosticar infeccións.
As proteínas tamén se usan nunha variedade de aplicacións industriais. Por exemplo, utilízanse para crear sensores e actuadores para unha variedade de procesos industriais. Tamén se usan para crear materiais que se poden utilizar na construción de avións e outros vehículos.
En conclusión, as proteínas son un material piezoeléctrico único que se pode usar nunha variedade de aplicacións. Están compostos por unha estrutura complexa de aminoácidos que se poden deformar para xerar carga eléctrica e úsanse nunha variedade de aplicacións médicas e industriais.
Captación de enerxía con piezoelectricidade
Nesta sección, falarei de como se pode usar a piezoelectricidade para recoller enerxía. Vou ver as diversas aplicacións da piezoelectricidade, desde a impresión piezoeléctrica de inxección de tinta ata xeradores de reloxos e microbalanzas. Tamén explorarei a historia da piezoelectricidade, desde o seu descubrimento por Pierre Curie ata o seu uso na Segunda Guerra Mundial. Finalmente, falarei do estado actual da industria piezoeléctrica e do potencial de crecemento.
Impresión de inxección de tinta piezoeléctrica
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais para xerar unha carga eléctrica en resposta ao esforzo mecánico aplicado. A palabra "piezoelectricidade" deriva das palabras gregas "piezein" (premer ou presionar) e "elektron" (ámbar), unha antiga fonte de carga eléctrica. Os materiais piezoeléctricos, como os cristais, a cerámica e a materia biolóxica como os ósos e o ADN, úsanse nunha variedade de aplicacións.
A piezoelectricidade utilízase para xerar electricidade de alta tensión, como xerador de reloxos, en dispositivos electrónicos e en microbalanzas. Tamén se usa para conducir boquillas ultrasónicas e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino. A impresión de inxección de tinta piezoeléctrica é unha aplicación popular desta tecnoloxía. Este é un tipo de impresión que utiliza cristais piezoeléctricos para xerar unha vibración de alta frecuencia, que se utiliza para expulsar gotas de tinta nunha páxina.
O descubrimento da piezoelectricidade remóntase a 1880, cando os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descubriron o efecto. Desde entón, o efecto piezoeléctrico foi explotado para unha variedade de aplicacións útiles. A piezoelectricidade utilízase en artigos cotiáns como dispositivos de cociña e calefacción a gas, fachos, chisqueiros e pastillas en guitarras amplificadas electrónicamente e gatillos nas baterías electrónicas modernas.
A piezoelectricidade tamén se usa na investigación científica. É a base para os microscopios de sonda de varrido, que se utilizan para resolver imaxes a escala de átomos. Tamén se usa nos reflectómetros ultrasónicos do dominio do tempo, que envían pulsos ultrasónicos nun material e miden os reflexos para detectar descontinuidades e atopar defectos no interior de obxectos de pedra e metal fundido.
O desenvolvemento de dispositivos e materiais piezoeléctricos foi impulsado pola necesidade dun mellor rendemento e procesos de fabricación máis sinxelos. Nos Estados Unidos, o desenvolvemento de cristais de cuarzo para uso comercial foi un factor importante no crecemento da industria piezoeléctrica. Pola contra, os fabricantes xaponeses puideron compartir rapidamente información e desenvolver novas aplicacións, o que provocou un rápido crecemento no mercado xaponés.
A piezoelectricidade revolucionou a forma en que usamos a enerxía, desde elementos cotiáns como chisqueiros ata investigacións científicas avanzadas. É unha tecnoloxía versátil que nos permitiu explorar e desenvolver novos materiais e aplicacións, e seguirá sendo unha parte importante das nosas vidas durante os próximos anos.
Xeración de Electricidade de Alta Tensión
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais sólidos de acumular carga eléctrica en resposta á tensión mecánica aplicada. A palabra "piezoelectricidade" deriva das palabras gregas "piezein" que significa "espremer" ou "premer" e "ēlektron" que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica. A piezoelectricidade é unha interacción electromecánica lineal entre estados mecánicos e eléctricos en materiais cristalinos con simetría de inversión.
O efecto piezoeléctrico é un proceso reversible; Os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Por exemplo, os cristais de titanato de circonato de chumbo xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, os cristais poden cambiar a súa dimensión estática cando se aplica un campo eléctrico externo, fenómeno coñecido como efecto piezoeléctrico inverso, que se utiliza na produción de ondas ultrasóns.
O efecto piezoeléctrico úsase nunha variedade de aplicacións, incluíndo a xeración de electricidade de alta tensión. Os materiais piezoeléctricos utilízanse na produción e detección de son, na impresión de inxección de tinta piezoeléctrica, en xeradores de reloxos, en dispositivos electrónicos, en microbalanzas, en boquillas ultrasónicas de accionamento e en conxuntos ópticos de enfoque ultrafino.
A piezoelectricidade tamén se usa en aplicacións cotiás, como a xeración de faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, en fachos, chisqueiros e materiais de efecto piroeléctrico, que xeran potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura. Este efecto foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose nos coñecementos de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postularon unha relación entre a tensión mecánica e a carga eléctrica, aínda que os seus experimentos resultaron inconclusos.
O coñecemento combinado da piroelectricidade e a comprensión das estruturas cristalinas subxacentes deron lugar á predición da piroelectricidade e á capacidade de predicir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse polo efecto de cristais como a turmalina, o cuarzo, o topacio, o azucre de cana e o sal de Rochelle. O tartrato de sodio potásico tetrahidratado e o cuarzo tamén mostraron piezoelectricidade e utilizouse un disco piezoeléctrico para xerar unha tensión cando se deformaba. Isto foi moi esaxerado na demostración dos Curie do efecto piezoeléctrico directo.
Os irmáns Pierre e Jacques Curie conseguiron a proba cuantitativa da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas nos cristais piezoeléctricos. Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio, pero foi unha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt, que describía as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definía rigorosamente as constantes piezoeléctricas mediante a análise de tensores.
A aplicación práctica dos dispositivos piezoeléctricos comezou co desenvolvemento do sonar durante a Primeira Guerra Mundial. En Francia, Paul Langevin e os seus compañeiros desenvolveron un detector de ultrasóns submarino. O detector consistía nun transdutor feito de finos cristais de cuarzo pegados coidadosamente a placas de aceiro e un hidrófono para detectar o eco de retorno. Ao emitir un pulso de alta frecuencia dende o transdutor e medir o tempo que tarda en escoitar o eco das ondas sonoras que rebotan nun obxecto, puideron calcular a distancia do obxecto. Usaron a piezoelectricidade para facer do sonar un éxito, e o proxecto creou un intenso desenvolvemento e interese nos dispositivos piezoeléctricos durante as décadas seguintes.
Exploráronse e desenvolvéronse novos materiais piezoeléctricos e novas aplicacións para estes materiais. Os dispositivos piezoeléctricos atoparon fogares nunha variedade de campos, como os cartuchos de fonógrafos de cerámica, o que simplificaron o deseño do reprodutor e fixeron que os tocadiscos fosen máis baratos e precisos, máis baratos de manter e máis fáciles de construír. O desenvolvemento de transdutores ultrasónicos permitiu medir facilmente a viscosidade e a elasticidade de fluídos e sólidos, o que provocou grandes avances na investigación de materiais. Os reflectómetros ultrasónicos do dominio do tempo envían un pulso ultrasónico nun material e miden as reflexións e descontinuidades para atopar defectos no interior de obxectos de pedra e metal fundido, mellorando a seguridade estrutural.
A Segunda Guerra Mundial viu a grupos de investigación independentes dos Estados Unidos, Rusia e Xapón descubriron unha nova clase de materiais sintéticos chamado fer
Xerador de reloxos
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais para acumular carga eléctrica en resposta á tensión mecánica aplicada. Este fenómeno utilizouse para crear unha serie de aplicacións útiles, incluíndo xeradores de reloxos. Os xeradores de reloxos son dispositivos que usan a piezoelectricidade para xerar sinais eléctricos cun tempo preciso.
Os xeradores de reloxos utilízanse nunha variedade de aplicacións, como ordenadores, telecomunicacións e sistemas de automoción. Tamén se utilizan en dispositivos médicos, como marcapasos, para garantir a sincronización precisa dos sinais eléctricos. Os xeradores de reloxos tamén se usan na automatización industrial e na robótica, onde o tempo preciso é esencial.
O efecto piezoeléctrico baséase na interacción electromecánica lineal entre os estados mecánicos e eléctricos en materiais cristalinos con simetría de inversión. Este efecto é reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén poden xerar tensión mecánica cando se aplica un campo eléctrico. Isto coñécese como efecto piezoeléctrico inverso e úsase para producir ondas ultrasóns.
Os xeradores de reloxos usan este efecto piezoeléctrico inverso para xerar sinais eléctricos cunha sincronización precisa. O material piezoeléctrico é deformado por un campo eléctrico, o que fai que vibre a unha frecuencia específica. Esta vibración convértese entón nun sinal eléctrico, que se usa para xerar un sinal de temporización preciso.
Os xeradores de reloxos utilízanse nunha variedade de aplicacións, desde dispositivos médicos ata automatización industrial. Son fiables, precisos e fáciles de usar, polo que son unha opción popular para moitas aplicacións. A piezoelectricidade é unha parte importante da tecnoloxía moderna, e os xeradores de reloxos son só unha das moitas aplicacións deste fenómeno.
Dispositivos electrónicos
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais sólidos de acumular carga eléctrica en resposta á tensión mecánica aplicada. Este fenómeno, coñecido como efecto piezoeléctrico, emprégase nunha variedade de dispositivos electrónicos, desde pastillas de guitarras amplificadas electrónicamente ata disparadores de baterías electrónicas modernas.
A piezoelectricidade deriva das palabras gregas πιέζειν (piezein) que significa "espremer" ou "premer" e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica. Os materiais piezoeléctricos son cristais, cerámicas e materia biolóxica como os ósos e as proteínas do ADN, que presentan o efecto piezoeléctrico.
O efecto piezoeléctrico é unha interacción electromecánica lineal entre estados mecánicos e eléctricos en materiais cristalinos con simetría de inversión. É un proceso reversible, o que significa que os materiais que presentan o efecto piezoeléctrico tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Por exemplo, os cristais de titanato de circonato de chumbo xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, os cristais poden cambiar a súa dimensión estática cando se aplica un campo eléctrico externo, fenómeno coñecido como efecto piezoeléctrico inverso, que se utiliza na produción de ondas ultrasóns.
O descubrimento da piezoelectricidade atribúeselle aos físicos franceses Pierre e Jacques Curie, que demostraron o efecto piezoeléctrico directo en 1880. O seu coñecemento combinado da piroelectricidade e a comprensión das estruturas cristalinas subxacentes deron lugar á predición do efecto piroeléctrico e á capacidade de predicir. O comportamento dos cristais demostrouse co efecto de cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle.
A piezoelectricidade utilizouse nunha variedade de aplicacións cotiás, como a xeración de faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e materiais de efecto piroeléctrico que xeran potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura. Isto foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose no coñecemento de René Haüy e Antoine César Becquerel, quen postulou unha relación entre a tensión mecánica e a carga eléctrica. Non obstante, os experimentos resultaron inconclusos ata que a vista dun cristal piezoeléctrico no museo do compensador Curie en Escocia demostrou o efecto piezoeléctrico directo dos irmáns Curie.
A piezoelectricidade utilízase nunha variedade de dispositivos electrónicos, desde pastillas en guitarras amplificadas electrónicamente ata disparadores en baterías electrónicas modernas. Tamén se usa na produción e detección de son, impresión piezoeléctrica inxección de tinta, xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos, microbalanzas, boquillas ultrasónicas de accionamento e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino. A piezoelectricidade tamén é a base para os microscopios de sonda de varrido, que se utilizan para resolver imaxes a escala de átomos.
Microbalanzas
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais sólidos de acumular carga eléctrica en resposta á tensión mecánica aplicada. A piezoelectricidade deriva das palabras gregas πιέζειν (piezein), que significa "espremer" ou "premer", e ἤλεκτρον (ēlektron), que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
A piezoelectricidade utilízase nunha variedade de aplicacións cotiás, como a xeración de faíscas para acender gas para cociñar e quentar dispositivos, fachos, chisqueiros e moito máis. Tamén se usa na produción e detección de son, e na impresión de inxección de tinta piezoeléctrica.
A piezoelectricidade tamén se usa para xerar electricidade de alta tensión, e é a base de xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos como as microbalanzas. A piezoelectricidade tamén se usa para conducir boquillas ultrasónicas e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino.
O descubrimento da piezoelectricidade atribúeselle aos físicos franceses Jacques e Pierre Curie en 1880. Os irmáns Curie combinaron os seus coñecementos sobre a piroelectricidade e a súa comprensión das estruturas cristalinas subxacentes para dar lugar ao concepto de piezoelectricidade. Puideron predicir o comportamento dos cristais e demostraron o efecto en cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle.
Aproveitouse o efecto piezoeléctrico para aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son. O desenvolvemento do sonar durante a Primeira Guerra Mundial foi un gran avance no uso da piezoelectricidade. Despois da Segunda Guerra Mundial, grupos de investigación independentes dos Estados Unidos, Rusia e Xapón descubriron unha nova clase de materiais sintéticos chamados ferroeléctricos, que presentaban constantes piezoeléctricas ata dez veces superiores ás dos materiais naturais.
Isto levou a unha intensa investigación e desenvolvemento de materiais de titanato de bario e posteriormente de titanato de circonato de chumbo, que tiñan propiedades específicas para aplicacións particulares. Un exemplo significativo do uso de cristais piezoeléctricos desenvolveuse nos Bell Telephone Laboratories despois da Segunda Guerra Mundial.
Frederick R. Lack, traballando no departamento de enxeñaría de radiotelefonía, desenvolveu un cristal cortado que funcionaba nun amplo rango de temperaturas. O cristal de Lack non necesitaba os pesados accesorios dos cristais anteriores, facilitando o seu uso en avións. Este desenvolvemento permitiu ás forzas aéreas aliadas participar en ataques masivos coordinados mediante a radio da aviación.
O desenvolvemento de dispositivos e materiais piezoeléctricos nos Estados Unidos mantivo varias empresas no negocio, e o desenvolvemento de cristais de cuarzo foi explotado comercialmente. Desde entón, os materiais piezoeléctricos utilizáronse nunha variedade de aplicacións, incluíndo imaxes médicas, limpeza por ultrasóns e moito máis.
Boquilla ultrasónica Drive
A piezoelectricidade é a carga eléctrica que se acumula en certos materiais sólidos como os cristais, a cerámica e a materia biolóxica como os ósos e o ADN. É unha resposta ao estrés mecánico aplicado e deriva das palabras gregas 'piezein', que significa 'espremer' ou 'premer', e 'elektron', que significa 'ámbar', unha antiga fonte de carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico é unha interacción electromecánica lineal entre os estados mecánicos e eléctricos de materiais cristalinos con simetría de inversión. É un proceso reversible, o que significa que os materiais que presentan o efecto piezoeléctrico tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Un exemplo diso son os cristais de titanato de circonato de chumbo, que xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, cando se aplica un campo eléctrico externo, os cristais cambian a súa dimensión estática, dando lugar ao efecto piezoeléctrico inverso, que é a produción de ondas ultrasóns.
Os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descubriron a piezoelectricidade en 1880 e desde entón foi explotada para unha variedade de aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son. A piezoelectricidade tamén ten usos cotiáns, como xerar faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e moito máis.
O efecto piroeléctrico, que é o material que xera un potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus, Franz Aepinus e a mediados do século XVIII aproveitando os coñecementos de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postularon a relación entre a tensión mecánica e carga eléctrica. Os experimentos para demostrar isto non foron concluíntes.
A vista dun cristal piezoeléctrico no Curie Compensator do Museo Hunterian de Escocia é unha demostración do efecto piezoeléctrico directo dos irmáns Pierre e Jacques Curie. A combinación dos seus coñecementos sobre a piroelectricidade e a comprensión das estruturas cristalinas subxacentes deu lugar á predición da piroelectricidade e permitiulles predicir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse co efecto de cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle. O tetrahidrato de tartrato de sodio e potasio e o cuarzo tamén presentaban piezoelectricidade, e utilizouse un disco piezoeléctrico para xerar unha tensión cando se deformaba. Isto foi moi esaxerado polos Curie para predicir o efecto piezoeléctrico inverso, que foi deducido matematicamente a partir dos principios termodinámicos fundamentais por Gabriel Lippmann en 1881.
Os Curies inmediatamente confirmaron a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas en cristais piezoeléctricos. Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio, pero foi unha ferramenta vital no descubrimento de polonio e radio por Pierre e Marie Curie no seu traballo para explorar e definir estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade. Isto culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt, que describía as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definía rigorosamente as constantes piezoeléctricas mediante a análise de tensores.
A aplicación práctica dos dispositivos piezoeléctricos comezou co sonar, que foi desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial. En Francia, Paul Langevin e os seus compañeiros de traballo desenvolveron un detector de ultrasóns submarino. O detector consistía nun transdutor feito de finos cristais de cuarzo coidadosamente pegados a placas de aceiro, chamado hidrófono, para detectar o eco de retorno tras emitir un pulso de alta frecuencia. Medindo o tempo que tarda en escoitar o eco das ondas sonoras que rebotan nun obxecto, poderían calcular a distancia do obxecto. Este uso da piezoelectricidade no sonar foi un éxito, e o proxecto creou un intenso desenvolvemento e interese nos dispositivos piezoeléctricos durante décadas.
Exploráronse e desenvolvéronse novos materiais piezoeléctricos e novas aplicacións para estes materiais, e os dispositivos piezoeléctricos atoparon fogares en campos como os cartuchos de fonógrafos cerámicos, o que simplificaron o deseño do reprodutor e fixeron que os tocadiscos fosen máis baratos e precisos, máis baratos de manter e máis fáciles de construír. . O desenvolvemento de transdutores ultrasónicos permitiu medir facilmente a viscosidade e a elasticidade de fluídos e sólidos, o que provocou grandes avances na investigación de materiais. Os reflectómetros ultrasónicos do dominio do tempo envían un pulso ultrasónico a través dun material e miden as reflexións e descontinuidades para atopar defectos no interior de obxectos de pedra e metal fundido.
Conxuntos ópticos de enfoque ultrafino
A piezoelectricidade é a capacidade de certos materiais de acumular carga eléctrica cando están sometidos a tensións mecánicas. É unha interacción electromecánica lineal entre estados eléctricos e mecánicos de materiais cristalinos con simetría de inversión. A piezoelectricidade é un proceso reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado.
A piezoelectricidade utilizouse nunha variedade de aplicacións, incluíndo a produción e detección de son e a xeración de electricidade de alta tensión. A piezoelectricidade tamén se usa na impresión de inxección de tinta, xeradores de reloxos, dispositivos electrónicos, microbalanzas, boquillas ultrasónicas e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino.
A piezoelectricidade foi descuberta en 1880 polos físicos franceses Jacques e Pierre Curie. O efecto piezoeléctrico úsase en aplicacións útiles, como a produción e detección de son e a xeración de electricidade de alta tensión. Tamén se usa a impresión de inxección de tinta piezoeléctrica, así como xeradores de reloxos, dispositivos electrónicos, microbalanzas, boquillas ultrasónicas de accionamento e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino.
A piezoelectricidade atopou o seu camiño en usos cotiáns, como a xeración de faíscas para acender gas para os aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e materiais de efecto piroeléctrico que xeran potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura. Este efecto foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose nos coñecementos de René Haüy e Antoine César Becquerel que postularon unha relación entre a tensión mecánica e a carga eléctrica. Os experimentos resultaron inconclusos.
A vista dun cristal piezoeléctrico no Curie Compensator do Museo Hunterian de Escocia é unha demostración do efecto piezoeléctrico directo dos irmáns Pierre e Jacques Curie. Combinados co seu coñecemento da piroelectricidade e a súa comprensión das estruturas cristalinas subxacentes, deron lugar á predición da piroelectricidade e á capacidade de predicir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse no efecto de cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle.
O tetrahidrato de tartrato de sodio e potasio, e o cuarzo e o sal de Rochelle presentaban piezoelectricidade, e utilizouse un disco piezoeléctrico para xerar unha tensión cando se deformaba, aínda que o cambio de forma era moi esaxerado. Os Curies predixiron o efecto piezoeléctrico inverso, e o efecto inverso foi deducido matematicamente a partir dos principios termodinámicos fundamentais por Gabriel Lippmann en 1881. Os Curies confirmaron inmediatamente a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade da electro- deformacións elasto-mecánicas en cristais piezoeléctricos.
Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio ata que se converteu nunha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt. Describíronse as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definiron rigorosamente as constantes piezoeléctricas mediante a análise de tensores para a aplicación práctica de dispositivos piezoeléctricos.
O desenvolvemento do sonar foi un proxecto de éxito que creou un intenso desenvolvemento e interese polos dispositivos piezoeléctricos. Décadas máis tarde exploráronse e desenvolvéronse novos materiais piezoeléctricos e novas aplicacións para estes materiais. Os dispositivos piezoeléctricos atoparon fogares nunha variedade de campos, como os cartuchos de fonógrafos cerámicos, o que simplificaron o deseño dos reprodutores e fixeron que os tocadiscos fosen máis baratos e máis fáciles de manter e construír. O desenvolvemento de transdutores ultrasónicos permitiu medir facilmente a viscosidade e a elasticidade de fluídos e sólidos, o que provocou grandes avances na investigación de materiais. Os reflectómetros ultrasónicos do dominio do tempo envían un pulso ultrasónico nun material e miden as reflexións e as descontinuidades para atopar defectos no interior de obxectos de pedra e metal fundido, mellorando a seguridade estrutural.
Os inicios do campo dos intereses da piezoelectricidade aseguráronse coas patentes rendibles de novos materiais desenvolvidos a partir de cristais de cuarzo, que foron explotados comercialmente como material piezoeléctrico. Os científicos buscaron materiais de maior rendemento e, a pesar dos avances nos materiais e na maduración dos procesos de fabricación, o mercado dos Estados Unidos non creceu rapidamente. Pola contra, os fabricantes xaponeses compartiron información rapidamente e as novas aplicacións para o crecemento na industria piezoeléctrica dos Estados Unidos sufriron a diferenza dos fabricantes xaponeses.
Motores piezoeléctricos
Nesta sección, falarei de como se usa a piezoelectricidade na tecnoloxía moderna. Desde microscopios de sonda de varrido que poden resolver imaxes a escala de átomos ata pastillas para guitarras amplificadas electrónicamente e disparadores para baterías electrónicas modernas, a piezoelectricidade converteuse nunha parte integral de moitos dispositivos. Explorarei a historia da piezoelectricidade e como se utilizou nunha variedade de aplicacións.
Formas base dos microscopios de sonda de varrido
A piezoelectricidade é a carga eléctrica que se acumula en certos materiais sólidos, como os cristais, a cerámica e a materia biolóxica como os ósos e o ADN. É a resposta ao estrés mecánico aplicado, e a palabra piezoelectricidade provén da palabra grega πιέζειν (piezein) que significa "espremer" ou "premer" e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
Os motores piezoeléctricos son dispositivos que usan o efecto piezoeléctrico para xerar movemento. Este efecto é a interacción electromecánica lineal entre os estados mecánicos e eléctricos en materiais cristalinos con simetría de inversión. É un proceso reversible, o que significa que os materiais que presentan o efecto piezoeléctrico tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Exemplos de materiais que xeran piezoelectricidade medible son os cristais de titanato de circonato de chumbo.
O efecto piezoeléctrico úsase en aplicacións útiles, como a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos como microbalanzas e boquillas ultrasónicas de accionamento para conxuntos ópticos de enfoque ultrafino. Tamén constitúe a base dos microscopios de sonda de varrido, que se utilizan para resolver imaxes a escala de átomos.
A piezoelectricidade foi descuberta en 1880 polos físicos franceses Jacques e Pierre Curie. A vista dun cristal piezoeléctrico e do compensador de Curie pódese ver no Museo Hunterian de Escocia, que é unha demostración do efecto piezoeléctrico directo dos irmáns Pierre e Jacques Curie.
A combinación dos seus coñecementos sobre a piroelectricidade e a súa comprensión das estruturas cristalinas subxacentes deu lugar á predición da piroelectricidade, o que lles permitiu predecir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse polo efecto de cristais como a turmalina, o cuarzo, o topacio, o azucre de cana e o sal de Rochelle. O tetrahidrato de tartrato de sodio e potasio, e o cuarzo e o sal de Rochelle presentaban piezoelectricidade, e un disco piezoeléctrico usábase para xerar unha tensión cando se deformaba, aínda que esta foi moi esaxerada polos Curie.
Tamén predixiron o efecto piezoeléctrico inverso, e isto foi deducido matematicamente a partir dos principios termodinámicos fundamentais por Gabriel Lippmann en 1881. Os Curie confirmaron inmediatamente a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha demostración cuantitativa da completa reversibilidade da electroelasto- deformacións mecánicas en cristais piezoeléctricos.
Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio ata que se converteu nunha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt, que describía as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definía rigorosamente as constantes piezoeléctricas e a análise de tensores.
Isto levou á aplicación práctica de dispositivos piezoeléctricos, como o sonar, que se desenvolveu durante a Primeira Guerra Mundial. En Francia, Paul Langevin e os seus compañeiros de traballo desenvolveron un detector submarino ultrasónico. Este detector consistía nun transdutor feito de finos cristais de cuarzo pegados coidadosamente a placas de aceiro, e un hidrófono para detectar o eco retornado despois de emitir un pulso de alta frecuencia do transdutor. Medindo o tempo que tarda en escoitar o eco das ondas sonoras rebotando nun obxecto, puideron calcular a distancia do obxecto. Usaron a piezoelectricidade para que este sonar fose un éxito, e o proxecto creou un intenso desenvolvemento e interese polos dispositivos piezoeléctricos durante décadas.
Exploráronse e desenvolvéronse novos materiais piezoeléctricos e novas aplicacións para estes materiais, e os dispositivos piezoeléctricos atoparon fogares en moitos campos, como os cartuchos de fonógrafos cerámicos, o que simplificaron o deseño do reprodutor e fixeron que os tocadiscos fosen máis baratos e precisos, máis económicos e máis fáciles de manter. construír. O desenvolvemento de transdutores ultrasónicos permitiu medir facilmente a viscosidade e a elasticidade de fluídos e sólidos, o que provocou grandes avances na investigación de materiais. Os reflectómetros ultrasónicos do dominio do tempo envían un pulso ultrasónico nun material e miden as reflexións e descontinuidades para atopar defectos no interior de obxectos de pedra e metal fundido, mellorando a seguridade estrutural.
Durante a Segunda Guerra Mundial, grupos de investigación independentes nos Estados Unidos
Resolve imaxes a escala de átomos
A piezoelectricidade é a carga eléctrica que se acumula en certos materiais sólidos como os cristais, a cerámica e a materia biolóxica como os ósos e o ADN. É unha resposta ao estrés mecánico aplicado e deriva da palabra grega 'piezein', que significa apretar ou presionar. O efecto piezoeléctrico resulta da interacción electromecánica lineal entre os estados mecánico e eléctrico en materiais cristalinos con simetría de inversión.
A piezoelectricidade é un proceso reversible, e os materiais que presentan o efecto piezoeléctrico tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Exemplos disto inclúen os cristais de titanato de circonato de chumbo, que xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, os cristais cambian a súa dimensión estática cando se aplica un campo eléctrico externo, que se coñece como efecto piezoeléctrico inverso e que se usa na produción de ondas ultrasóns.
Os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descubriron a piezoelectricidade en 1880. O efecto piezoeléctrico foi explotado para unha variedade de aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos como microbalanzas e accionar boquillas ultrasónicas. Tamén constitúe a base dos microscopios de sonda de varrido, que se utilizan para resolver imaxes a escala de átomos.
A piezoelectricidade tamén se usa en aplicacións cotiás, como a xeración de faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e moito máis. O efecto piroeléctrico, que é un material que xera un potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII. A partir dos coñecementos de René Haüy e Antoine César Becquerel, puxeron unha relación entre a tensión mecánica e a carga eléctrica, pero os seus experimentos resultaron inconclusos.
Os visitantes do Museo Hunterian de Glasgow poden ver un compensador de Curie de cristal piezoeléctrico, unha demostración do efecto piezoeléctrico directo dos irmáns Pierre e Jacques Curie. Combinados co seu coñecemento da piroelectricidade e a comprensión das estruturas cristalinas subxacentes, deron lugar á predición da piroelectricidade e á capacidade de predicir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse polo efecto de cristais como a turmalina, o cuarzo, o topacio, o azucre de cana e o sal de Rochelle. O tetrahidrato de tartrato de sodio e potasio, e o cuarzo e o sal de Rochelle presentaron piezoelectricidade, e un disco piezoeléctrico xera unha tensión cando se deforma, aínda que o cambio de forma é moi esaxerado. Os Curie foron capaces de predicir o efecto piezoeléctrico inverso, e o efecto inverso foi deducido matematicamente a partir dos principios termodinámicos fundamentais por Gabriel Lippmann en 1881.
Os Curies inmediatamente confirmaron a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas en cristais piezoeléctricos. Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio, pero foi unha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir estruturas cristalinas que presentaban piezoelectricidade culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt.
Pastillas Guitarras amplificadas electrónicamente
Os motores piezoeléctricos son motores eléctricos que utilizan o efecto piezoeléctrico para converter a enerxía eléctrica en enerxía mecánica. O efecto piezoeléctrico é a capacidade de certos materiais para xerar unha carga eléctrica cando están sometidos a unha tensión mecánica. Os motores piezoeléctricos utilízanse nunha variedade de aplicacións, desde alimentar pequenos dispositivos como reloxos e reloxos ata alimentar máquinas máis grandes como robots e equipos médicos.
Os motores piezoeléctricos úsanse nas pastillas de guitarras amplificadas electrónicamente. Estas pastillas usan o efecto piezoeléctrico para converter as vibracións das cordas da guitarra nun sinal eléctrico. Este sinal é entón amplificado e enviado a un amplificador, que produce o son da guitarra. As pastillas piezoeléctricas tamén se usan en baterías electrónicas modernas, onde se usan para detectar as vibracións dos parás e convertelas nun sinal eléctrico.
Os motores piezoeléctricos tamén se usan nos microscopios de sonda de varrido, que usan o efecto piezoeléctrico para mover unha pequena sonda por unha superficie. Isto permite que o microscopio resolva imaxes a escala de átomos. Os motores piezoeléctricos tamén se utilizan nas impresoras de inxección de tinta, onde se usan para mover o cabezal de impresión cara atrás e cara atrás pola páxina.
Os motores piezoeléctricos úsanse noutras aplicacións, incluíndo dispositivos médicos, compoñentes de automóbiles e produtos electrónicos de consumo. Tamén se utilizan en aplicacións industriais, como na produción de pezas de precisión e na montaxe de compoñentes complexos. O efecto piezoeléctrico tamén se usa na produción de ondas ultrasóns, que se usan en imaxes médicas e na detección de defectos nos materiais.
En xeral, os motores piezoeléctricos úsanse nunha ampla gama de aplicacións, desde alimentar dispositivos pequenos ata alimentar máquinas máis grandes. Utilízanse en pastillas guitarras amplificadas electrónicamente, baterías electrónicas modernas, microscopios de sonda de dixitalización, impresoras de inxección de tinta, dispositivos médicos, compoñentes de automóbiles e produtos electrónicos de consumo. O efecto piezoeléctrico tamén se usa na produción de ondas ultrasóns e na detección de defectos nos materiais.
Activa baterías electrónicas modernas
A piezoelectricidade é a carga eléctrica que se acumula en certos materiais sólidos como os cristais, a cerámica e a materia biolóxica como os ósos e o ADN. É a resposta destes materiais á tensión mecánica aplicada. A palabra piezoelectricidade deriva da palabra grega "piezein", que significa "espremer ou presionar", e da palabra "elektron", que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
Os motores piezoeléctricos son dispositivos que usan o efecto piezoeléctrico para xerar movemento. Este efecto resulta da interacción electromecánica lineal entre os estados mecánico e eléctrico dos materiais cristalinos con simetría de inversión. É un proceso reversible, o que significa que os materiais que presentan o efecto piezoeléctrico tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Un exemplo diso son os cristais de titanato de circonato de chumbo, que xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, cando se aplica un campo eléctrico externo, os cristais cambian a súa dimensión estática, producindo ondas ultrasóns.
Os motores piezoeléctricos úsanse nunha variedade de aplicacións cotiás, como:
• Xerar faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción
• Lanchos, chisqueiros e materiais de efecto piroeléctrico
• Xeración de potencial eléctrico en resposta ao cambio de temperatura
• Produción e detección de son
• Impresión inkjet piezoeléctrica
• Xeración de enerxía eléctrica de alta tensión
• Xerador de reloxos e aparellos electrónicos
• Microbalanzas
• Conducir boquillas ultrasónicas e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino
• Constitúe a base dos microscopios con sonda de varrido
• Resolve imaxes a escala de átomos
• Pastillas para guitarras con amplificación electrónica
• Activa baterías electrónicas modernas.
Modelado electromecánico de transdutores piezoeléctricos
Nesta sección, vou explorar o modelado electromecánico de transdutores piezoeléctricos. Vou ver a historia do descubrimento da piezoelectricidade, os experimentos que demostraron a súa existencia e o desenvolvemento de dispositivos e materiais piezoeléctricos. Tamén falarei das contribucións dos físicos franceses Pierre e Jacques Curie, Carl Linnaeus e Franz Aepinus, Rene Hauy e Antoine Cesar Becquerel, Gabriel Lippmann e Woldemar Voigt.
Físicos franceses Pierre e Jacques Curie
A piezoelectricidade é un fenómeno electromecánico onde se acumula carga eléctrica en certos materiais sólidos como cristais, cerámicas e materia biolóxica como ósos e ADN. Esta carga xérase en resposta a un esforzo mecánico aplicado. A palabra "piezoelectricidade" deriva da palabra grega "piezein", que significa "espremer ou presionar", e "elektron", que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico resulta dunha interacción electromecánica lineal entre estados mecánicos e eléctricos en materiais con simetría de inversión. Este efecto é reversible, o que significa que os materiais que presentan o efecto piezoeléctrico tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, onde se produce a xeración interna de tensión mecánica en resposta a un campo eléctrico aplicado. Por exemplo, os cristais de titanato de circonato de chumbo xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, cando se aplica un campo eléctrico externo, os cristais cambian a súa dimensión estática, producindo ondas ultrasóns no proceso coñecido como efecto piezoeléctrico inverso.
En 1880, os físicos franceses Pierre e Jacques Curie descubriron o efecto piezoeléctrico e desde entón foi explotado para unha variedade de aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica de inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos e electrónicos. dispositivos como microbalanzas e boquillas ultrasónicas de accionamento para conxuntos ópticos de enfoque ultrafino. Tamén constitúe a base para os microscopios de sonda de varrido, que poden resolver imaxes a escala de átomos. A piezoelectricidade tamén se usa en pastillas para guitarras amplificadas electrónicamente e gatillos para baterías electrónicas modernas.
A piezoelectricidade tamén ten usos cotiáns, como xerar faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e moito máis. O efecto piroeléctrico, onde un material xera un potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose nos coñecementos de René Hauy e Antoine César Becquerel, quen plantexaba unha relación entre tensión mecánica e carga eléctrica, aínda que os seus experimentos resultaron inconclusos.
Ao combinar os seus coñecementos sobre a piroelectricidade coa comprensión das estruturas cristalinas subxacentes, os Curie puideron dar lugar á predición da piroelectricidade e predicir o comportamento dos cristais. Isto demostrouse no efecto de cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle. O tartrato de sodio potásico tetrahidratado e o cuarzo tamén mostraron piezoelectricidade. Un disco piezoeléctrico xera unha tensión cando se deforma, aínda que isto é moi esaxerado na demostración dos Curie. Tamén puideron predicir o efecto piezoeléctrico inverso e deducilo matemáticamente a partir dos principios termodinámicos fundamentais de Gabriel Lippmann en 1881.
Os Curies inmediatamente confirmaron a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas en cristais piezoeléctricos. Nas décadas seguintes, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio ata que se converteu nunha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade culminou coa publicación do 'Lehrbuch der Kristallphysik' (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt.
Os experimentos resultaron non concluíntes
A piezoelectricidade é un fenómeno electromecánico no que se acumula carga eléctrica en certos materiais sólidos, como cristais, cerámicas e materia biolóxica como óso e ADN. É a resposta ao estrés mecánico aplicado, e a palabra "piezoelectricidade" deriva das palabras gregas "piezein", que significa "espremer ou presionar", e "ēlektron", que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico resulta da interacción electromecánica lineal entre os estados mecánico e eléctrico de materiais cristalinos con simetría de inversión. É un proceso reversible; Os materiais que presentan o efecto piezoeléctrico tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Por exemplo, os cristais de titanato de circonato de chumbo xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, os cristais poden cambiar a súa dimensión estática cando se aplica un campo eléctrico externo, coñecido como efecto piezoeléctrico inverso, que se usa na produción de ondas ultrasóns.
Os físicos franceses Pierre e Jacques Curie descubriron a piezoelectricidade en 1880. Desde entón foi explotada para unha variedade de aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica de inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos como microbalanzas. , accionar boquillas ultrasónicas e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino. Tamén constitúe a base dos microscopios de sonda de varrido, que poden resolver imaxes a escala de átomos. A piezoelectricidade tamén se usa nas pastillas para guitarras amplificadas electrónicamente e nos disparadores das baterías electrónicas modernas.
A piezoelectricidade ten usos cotiáns para xerar faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e moito máis. O efecto piroeléctrico, no que un material xera un potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose no coñecemento de René Hauy e Antoine César Becquerel, quen plantexaba unha relación. entre tensión mecánica e carga eléctrica. Os experimentos resultaron inconclusos.
O coñecemento combinado da piroelectricidade e a comprensión das estruturas cristalinas subxacentes deron lugar á predición da piroelectricidade e á capacidade de predicir o comportamento dos cristais. Isto demostrouse no efecto de cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle. O tartrato de sodio potásico tetrahidratado e o cuarzo tamén mostraron piezoelectricidade e utilizouse un disco piezoeléctrico para xerar unha tensión cando se deformaba. Isto foi moi esaxerado na demostración dos Curie do efecto piezoeléctrico directo.
Os irmáns Pierre e Jacques Curie prediron o efecto piezoeléctrico inverso, e o efecto inverso foi deducido matematicamente a partir dos principios termodinámicos fundamentais por Gabriel Lippmann en 1881. Os Curie confirmaron inmediatamente a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa do completo. reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas en cristais piezoeléctricos.
Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio, pero foi unha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt. Isto describiu as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoeléctricas mediante a análise de tensores. Esta foi a primeira aplicación práctica de transdutores piezoeléctricos, e o sonar foi desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial. En Francia, Paul Langevin e os seus compañeiros desenvolveron un detector de ultrasóns submarino.
Carl Linnaeus e Franz Aepinus
A piezoelectricidade é un fenómeno electromecánico no que se acumula carga eléctrica en certos materiais sólidos como cristais, cerámicas e materia biolóxica como óso e ADN. Esta carga xérase en resposta á tensión mecánica aplicada. A palabra piezoelectricidade provén das palabras gregas πιέζειν (piezein) que significa "espremer ou presionar" e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico resulta dunha interacción electromecánica lineal entre os estados mecánico e eléctrico de materiais cristalinos con simetría de inversión. Este efecto é reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, que é a xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Por exemplo, os cristais de titanato de circonato de chumbo xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, os cristais poden cambiar a súa dimensión estática cando se aplica un campo eléctrico externo, que se coñece como efecto piezoeléctrico inverso e que se usa na produción de ondas ultrasóns.
En 1880, os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descubriron o efecto piezoeléctrico e desde entón foi explotado para moitas aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos, dispositivos electrónicos, microbalanzas. , accionar boquillas ultrasónicas e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino. Tamén constitúe a base para os microscopios de sonda de varrido, que se utilizan para resolver imaxes a escala de átomos. A piezoelectricidade tamén se usa en pastillas para guitarras amplificadas electrónicamente e gatillos para baterías electrónicas modernas.
A piezoelectricidade tamén se atopa en usos cotiáns, como a xeración de faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, fachos, chisqueiros e o efecto piroeléctrico, que é cando un material xera un potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura. Este efecto foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose no coñecemento de René Hauy e Antoine César Becquerel, quen postularon unha relación entre a tensión mecánica e a carga eléctrica, aínda que os seus experimentos resultaron inconclusos.
A vista dun cristal piezoeléctrico no compensador de Curie no Museo Hunterian de Escocia é unha demostración do efecto piezoeléctrico directo dos irmáns Pierre e Jacques Curie. A combinación dos seus coñecementos sobre a piroelectricidade coa comprensión das estruturas cristalinas subxacentes deu lugar á predición da piroelectricidade e á capacidade de predicir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse polo efecto de cristais como a turmalina, o cuarzo, o topacio, o azucre de cana e o sal de Rochelle. O tartrato de sodio potásico tetrahidratado e o cuarzo da sal de Rochelle mostraron piezoelectricidade, e un disco piezoeléctrico xera unha tensión cando se deforma, aínda que isto é moi esaxerado na demostración dos Curie.
A predición do efecto piezoeléctrico inverso e a súa dedución matemática a partir dos principios termodinámicos fundamentais foi feita por Gabriel Lippmann en 1881. Os Curie confirmaron inmediatamente a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade da electroelasto- deformacións mecánicas en cristais piezoeléctricos. Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio ata que se converteu nunha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por parte de Pierre e Marie Curie, quen a utilizaron para explorar e definir estruturas cristalinas que presentaban piezoelectricidade. Isto culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt, que describía as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definía rigorosamente as constantes piezoeléctricas mediante a análise de tensores.
Esta aplicación práctica de transdutores piezoeléctricos levou ao desenvolvemento do sonar durante a Primeira Guerra Mundial. En Francia, Paul Langevin e os seus compañeiros de traballo desenvolveron un detector submarino ultrasónico. O detector consistía nun transdutor feito de finos cristais de cuarzo pegados coidadosamente a placas de aceiro e un hidrófono para detectar o eco retornado despois de emitir un pulso de alta frecuencia do transdutor. Medindo o tempo que tarda en escoitar o eco das ondas sonoras que rebotan nun obxecto, puideron calcular a distancia do obxecto. Usaron a piezoelectricidade para que este sonar fose un éxito, e o proxecto creou un intenso desenvolvemento e interese nos dispositivos piezoeléctricos.
Rene Hauy e Antoine Cesar Becquerel
A piezoelectricidade é un fenómeno electromecánico que ocorre cando certos materiais sólidos, como cristais, cerámicas e materia biolóxica como os ósos e o ADN, acumulan carga eléctrica en resposta ao estrés mecánico aplicado. A piezoelectricidade deriva da palabra grega "piezein", que significa "espremer ou presionar", e "elektron", que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico resulta dunha interacción electromecánica lineal entre estados mecánicos e eléctricos en materiais cristalinos con simetría de inversión. Este efecto é reversible, o que significa que os materiais que presentan o efecto piezoeléctrico tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, ou xeración interna de tensión mecánica resultante dun campo eléctrico aplicado. Por exemplo, os cristais de titanato de circonato de chumbo xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, os cristais poden cambiar a súa dimensión estática cando se aplica un campo eléctrico externo, o que produce o efecto piezoeléctrico inverso e a produción de ondas ultrasóns.
Os físicos franceses Pierre e Jacques Curie descubriron o efecto piezoeléctrico en 1880. Este efecto foi explotado para unha variedade de aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica de inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos. como microbalanzas, boquillas ultrasónicas e conxuntos ópticos de enfoque ultrafino. Tamén constitúe a base dos microscopios de sonda de varrido, que poden resolver imaxes nunha escala de átomos. A piezoelectricidade tamén se usa nas pastillas para guitarras amplificadas electrónicamente e nos disparadores das baterías electrónicas modernas.
O efecto piezoeléctrico foi estudado por primeira vez por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose no coñecemento de Rene Hauy e Antoine Cesar Becquerel, que postularon unha relación entre a tensión mecánica e a carga eléctrica. Non obstante, os experimentos resultaron inconclusos. Combinado co coñecemento da piroelectricidade e a comprensión das estruturas cristalinas subxacentes, isto deu lugar á predición da piroelectricidade e á capacidade de predicir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse no efecto de cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle. O tartrato de sodio potásico tetrahidratado e o cuarzo tamén mostraron piezoelectricidade e utilizouse un disco piezoeléctrico para xerar unha tensión cando se deformaba. Este efecto foi moi esaxerado na demostración dos Curie no Museo de Escocia, que mostrou o efecto piezoeléctrico directo.
Os irmáns Pierre e Jacques Curie conseguiron a proba cuantitativa da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas nos cristais piezoeléctricos. Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio, ata que se converteu nunha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. Este traballo explorou e definiu as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade, culminando coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt.
Os Curie confirmaron inmediatamente a existencia do efecto inverso, e pasaron a deducir matematicamente os principios termodinámicos fundamentais do efecto inverso. Isto foi feito por Gabriel Lippmann en 1881. A piezoelectricidade utilizouse entón para desenvolver o sonar durante a Primeira Guerra Mundial. En Francia, Paul Langevin e os seus compañeiros de traballo desenvolveron un detector de ultrasóns submarino. Este detector consistía nun transdutor feito de finos cristais de cuarzo pegados coidadosamente a placas de aceiro, e un hidrófono para detectar o eco retornado. Ao emitir un pulso de alta frecuencia desde o transdutor e medir o tempo que tarda en escoitar o eco das ondas sonoras que rebotan nun obxecto, poderían calcular a distancia ao obxecto.
O uso de cristais piezoeléctricos foi desenvolvido por Bell Telephone Laboratories despois da Segunda Guerra Mundial. Frederick R. Lack, traballando no departamento de enxeñaría de radiotelefonía, desenvolveu un cristal cortado que podía funcionar nun amplo rango de temperaturas. O cristal de Lack non necesitaba os pesados accesorios dos cristais anteriores, facilitando o seu uso en avións. Este desenvolvemento permitiu ás forzas aéreas aliadas participar en ataques masivos coordinados, utilizando a radio da aviación. O desenvolvemento de dispositivos e materiais piezoeléctricos nos Estados Unidos mantivo ás empresas no desenvolvemento dos comezos da guerra no campo, e os intereses en conseguir patentes rendibles para novos materiais desenvolvidos. Os cristais de cuarzo foron explotados comercialmente como material piezoeléctrico e os científicos buscaron materiais de maior rendemento. A pesar dos avances nos materiais e na maduración dos procesos de fabricación, os Estados Unidos
Gabriel Lippmann
A piezoelectricidade é un fenómeno electromecánico no que se acumula carga eléctrica en certos materiais sólidos, como cristais, cerámicas e materia biolóxica como óso e ADN. É o resultado dunha interacción entre estados mecánicos e eléctricos en materiais con simetría de inversión. A piezoelectricidade foi descuberta por primeira vez polos físicos franceses Pierre e Jacques Curie en 1880.
A piezoelectricidade exploouse para unha variedade de aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica de inxección de tinta e a xeración de electricidade de alta tensión. A piezoelectricidade deriva das palabras gregas πιέζειν (piezein) que significa "espremer ou presionar" e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico é reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan o efecto piezoeléctrico inverso, no que a xeración interna de tensión mecánica resulta da aplicación dun campo eléctrico. Por exemplo, os cristais de titanato de circonato de chumbo xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, os cristais poden cambiar a súa dimensión estática cando se aplica un campo eléctrico externo, proceso coñecido como efecto piezoeléctrico inverso. Este proceso pódese usar para producir ondas ultrasóns.
O efecto piezoeléctrico foi estudado desde mediados do século XVIII, cando Carl Linnaeus e Franz Aepinus, baseándose nos coñecementos de René Hauy e Antoine César Becquerel, plantexaron unha relación entre a tensión mecánica e a carga eléctrica. Non obstante, os experimentos resultaron inconclusos. Non foi ata que o coñecemento combinado da piroelectricidade e a comprensión das estruturas cristalinas subxacentes deron lugar á predición da piroelectricidade que os investigadores puideron predicir o comportamento dos cristales. Isto demostrouse polo efecto de cristais como a turmalina, o cuarzo, o topacio, o azucre de cana e o sal de Rochelle.
Gabriel Lippmann, en 1881, deduciu matematicamente os principios termodinámicos fundamentais do efecto piezoeléctrico inverso. Os Curies inmediatamente confirmaron a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas en cristais piezoeléctricos.
Durante décadas, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio ata que se converteu nunha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre e Marie Curie. O seu traballo para explorar e definir as estruturas cristalinas que exhibían piezoelectricidade culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt. Isto describiu as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoeléctricas con análise de tensor.
A aplicación práctica dos dispositivos piezoeléctricos comezou co desenvolvemento do sonar durante a Primeira Guerra Mundial. Paul Langevin e os seus compañeiros de traballo desenvolveron un detector de ultrasóns submarino. Este detector consistía nun transdutor feito de finos cristais de cuarzo pegados coidadosamente a placas de aceiro, e un hidrófono para detectar o eco retornado. Ao emitir un pulso de alta frecuencia dende o transdutor e medir o tempo que tarda en escoitar o eco das ondas sonoras que rebotan nun obxecto, puideron calcular a distancia ao obxecto. Este uso da piezoelectricidade para o sonar foi un éxito, e o proxecto creou un intenso interese de desenvolvemento nos dispositivos piezoeléctricos. Ao longo das décadas exploráronse e desenvolvéronse novos materiais piezoeléctricos e novas aplicacións para estes materiais. Os dispositivos piezoeléctricos atoparon fogares nunha variedade de campos, desde cartuchos de fonógrafo de cerámica que simplificaron o deseño do reprodutor e fixeron que os tocadiscos baratos e precisos fosen máis baratos de manter e máis fáciles de construír, ata o desenvolvemento de transdutores ultrasónicos que permitían medir facilmente a viscosidade e a elasticidade dos fluídos. e sólidos, resultando en grandes avances na investigación de materiais. Os reflectómetros ultrasónicos do dominio do tempo envían un pulso ultrasónico nun material e miden as reflexións e descontinuidades para atopar defectos no interior de obxectos de pedra e metal fundido, mellorando a seguridade estrutural.
Despois da Segunda Guerra Mundial, grupos de investigación independentes dos Estados Unidos, Rusia e Xapón descubriron unha nova clase de materiais sintéticos chamados ferroeléctricos que presentaban constantes piezoeléctricas ata dez veces superiores ás dos materiais naturais. Isto levou a unha intensa investigación para desenvolver titanato de bario, e posteriormente titanato de circonato de chumbo, materiais con propiedades específicas para aplicacións particulares. Desenvolveuse un exemplo significativo do uso de cristais piezoeléctricos
Woldemar Voigt
A piezoelectricidade é un fenómeno electromecánico no que se acumula carga eléctrica en certos materiais sólidos, como cristais, cerámicas e materia biolóxica como óso e ADN. Esta carga xérase en resposta a un esforzo mecánico aplicado. A palabra piezoelectricidade deriva da palabra grega "piezein", que significa "espremer ou presionar", e "elektron", que significa "ámbar", unha antiga fonte de carga eléctrica.
O efecto piezoeléctrico resulta dunha interacción electromecánica lineal entre os estados mecánico e eléctrico de materiais cristalinos con simetría de inversión. Este efecto é reversible, o que significa que os materiais que presentan piezoelectricidade tamén presentan un efecto piezoeléctrico inverso, onde a xeración interna de tensión mecánica resulta dun campo eléctrico aplicado. Por exemplo, os cristais de titanato de circonato de chumbo xeran piezoelectricidade medible cando a súa estrutura estática se deforma desde a súa dimensión orixinal. Pola contra, os cristais poden cambiar a súa dimensión estática cando se aplica un campo eléctrico externo, fenómeno coñecido como efecto piezoeléctrico inverso, que se utiliza na produción de ondas ultrasóns.
Os físicos franceses Pierre e Jacques Curie descubriron a piezoelectricidade en 1880. O efecto piezoeléctrico foi explotado desde entón para unha variedade de aplicacións útiles, incluíndo a produción e detección de son, a impresión piezoeléctrica de inxección de tinta, a xeración de electricidade de alta tensión, xeradores de reloxos e dispositivos electrónicos. como microbalanzas e boquillas ultrasónicas de accionamento para o enfoque ultrafino de conxuntos ópticos. Tamén constitúe a base dos microscopios de sonda de varrido, que poden resolver imaxes a escala de átomos. Ademais, as pastillas das guitarras con amplificación electrónica e os gatillos das baterías electrónicas modernas usan o efecto piezoeléctrico.
A piezoelectricidade tamén ten usos cotiáns para xerar faíscas para acender gas en aparellos de cociña e calefacción, en fachos, encendedores de cigarros e moito máis. O efecto piroeléctrico, no que un material xera un potencial eléctrico en resposta a un cambio de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus a mediados do século XVIII, baseándose nos coñecementos de Rene Hauy e Antoine Cesar Becquerel, que postularon unha relación entre a mecánica. estrés e carga eléctrica. Os experimentos para demostrar esta relación non resultaron concluíntes.
A vista dun cristal piezoeléctrico no compensador de Curie no Museo Hunterian de Escocia é unha demostración do efecto piezoeléctrico directo dos irmáns Pierre e Jacques Curie. A combinación dos seus coñecementos sobre a piroelectricidade coa comprensión das estruturas cristalinas subxacentes deu lugar á predición da piroelectricidade, o que lles permitiu predecir o comportamento dos cristais que demostraron no efecto de cristais como turmalina, cuarzo, topacio, azucre de cana e sal de Rochelle. . O tetrahidrato de tartrato de sodio e potasio e o cuarzo tamén presentaban piezoelectricidade, e utilizouse un disco piezoeléctrico para xerar unha tensión cando se deformaba. Este cambio de forma foi moi esaxerado na demostración dos Curie, e pasaron a predicir o efecto piezoeléctrico inverso. O efecto inverso foi deducido matematicamente a partir dos principios termodinámicos fundamentais por Gabriel Lippmann en 1881.
Os Curies inmediatamente confirmaron a existencia do efecto inverso, e pasaron a obter unha proba cuantitativa da completa reversibilidade das deformacións electro-elasto-mecánicas en cristais piezoeléctricos. Nas décadas seguintes, a piezoelectricidade seguiu sendo unha curiosidade de laboratorio, ata que se converteu nunha ferramenta vital no descubrimento do polonio e do radio por Pierre Marie Curie, quen a utilizou para explorar e definir estruturas cristalinas que presentaban piezoelectricidade. Isto culminou coa publicación do Lehrbuch der Kristallphysik (Libro de texto de física do cristal) de Woldemar Voigt, que describía as clases de cristais naturais capaces de piezoelectricidade e definía rigorosamente as constantes piezoeléctricas mediante a análise de tensores.
Isto levou á aplicación práctica de dispositivos piezoeléctricos, como o sonar, que se desenvolveu durante a Primeira Guerra Mundial. En Francia, Paul Langevin e os seus compañeiros de traballo desenvolveron un detector submarino ultrasónico. Este detector consistía nun transdutor feito de finos cristais de cuarzo pegados coidadosamente a placas de aceiro, e un hidrófono para detectar o eco retornado despois de emitir un pulso de alta frecuencia do transdutor. Medindo o tempo que tarda en escoitar o eco das ondas sonoras que rebotan nun obxecto, poderían calcular a distancia ao obxecto. Usaron a piezoelectricidade para que este sonar fose un éxito, e o proxecto creou un intenso desenvolvemento e interese.
Relacións importantes
- Actuadores piezoeléctricos: os actuadores piezoeléctricos son dispositivos que converten a enerxía eléctrica en movemento mecánico. Utilízanse habitualmente en robótica, dispositivos médicos e outras aplicacións onde se require un control de movemento preciso.
- Sensores piezoeléctricos: os sensores piezoeléctricos úsanse para medir parámetros físicos como presión, aceleración e vibración. Adoitan usarse en aplicacións industriais e médicas, así como en electrónica de consumo.
- Piezoelectricidade na natureza: a piezoelectricidade é un fenómeno natural en certos materiais e atópase en moitos organismos vivos. Algúns organismos úsano para percibir o seu medio e para comunicarse con outros organismos.
Conclusión
A piezoelectricidade é un fenómeno sorprendente que se utilizou nunha variedade de aplicacións, desde o sonar ata os cartuchos de fonógrafo. Foi estudado desde mediados do século XIX e utilizouse con gran efecto no desenvolvemento da tecnoloxía moderna. Esta publicación do blog explorou a historia e os usos da piezoelectricidade, e destacou a importancia deste fenómeno no desenvolvemento da tecnoloxía moderna. Para aqueles interesados en aprender máis sobre a piezoelectricidade, esta publicación é un excelente punto de partida.
Son Joost Nusselder, o fundador de Neaera e comerciante de contidos, pai e encántame probar novos equipos coa guitarra como o centro da miña paixón e, xunto co meu equipo, estou creando artigos de blog en profundidade desde 2020. para axudar aos lectores fieis con consellos sobre gravación e guitarra.
