Пьезо цахилгаан гэдэг нь зарим материалын механик нөлөөлөлд өртөх ба эсрэгээр цахилгаан үүсгэх чадвар юм. Энэ үг нь даралт, цахилгаан гэсэн утгатай грек пьезо үгнээс гаралтай. Энэ нь анх 1880 онд нээгдсэн боловч энэ ойлголт нь удаан хугацааны туршид мэдэгдэж байсан.
Пьезо цахилгааны хамгийн сайн мэддэг жишээ бол кварц боловч бусад олон материалууд энэ үзэгдлийг харуулдаг. Пьезоэлектрикийн хамгийн түгээмэл хэрэглээ бол хэт авианы үйлдвэрлэл юм.
Энэ нийтлэлд би пьезо цахилгаан гэж юу болох, энэ нь хэрхэн ажилладаг, мөн энэхүү гайхалтай үзэгдлийн олон практик хэрэглээний заримыг авч үзэх болно.
Пьезоэлектрик гэж юу вэ?
Пьезоцахилгаан гэдэг нь тодорхой материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэг үүсгэх чадвар юм. Энэ нь урвуу тэгш хэмтэй талст материал дахь механик ба цахилгаан төлөвүүдийн шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэл юм. Пьезоэлектрик материалыг өндөр хүчдэлийн цахилгаан, цагны генератор, электрон төхөөрөмж, микробаланс, хэт авианы хушууг жолоодох, хэт нарийн фокустай оптик угсралт хийхэд ашиглаж болно.
Пьезо цахилгаан материалд талстууд, зарим керамик эдлэлүүд, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодисууд, уураг орно. Пьезоэлектрик материалд хүч хэрэглэхэд цахилгаан цэнэг үүсдэг. Дараа нь энэ цэнэгийг төхөөрөмжүүдийг тэжээх эсвэл хүчдэл үүсгэхэд ашиглаж болно.
Пьезоэлектрик материалыг янз бүрийн хэрэглээнд ашигладаг, үүнд:
• Дуу чимээ гаргах, илрүүлэх
• Пьезоэлектрик бэхэн хэвлэх
• Өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх
• Цагийн генератор
• Электрон төхөөрөмжүүд
• Бичил баланс
• Хэт авианы хошууг жолоодох
• Хэт нарийн фокустай оптик угсралт
• Авах электрон олшруулсан гитаруудад зориулагдсан
• Орчин үеийн электрон бөмбөрийн триггер
• Хий асаах оч үйлдвэрлэх
• Хоол хийх, халаах төхөөрөмж
• Бамбар, тамхины асаагуур.
Пьезоэлектрикийн түүх юу вэ?
Пьезо цахилгааныг 1880 онд Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар нээжээ. Энэ нь тодорхой хатуу материал, тухайлбал болор, керамик, биологийн бодис зэрэгт механик нөлөөллийн хариуд хуримтлагддаг цахилгаан цэнэг юм. "Пьезоэлектрик" гэдэг үг нь "шахах" буюу "дарах" гэсэн утгатай грек "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "хув" гэсэн утгатай "электрон" гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материалын механик ба цахилгаан төлөв хоорондын шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг. Энэ нь урвуу процесс бөгөөд пьезо цахилгаантай материалууд нь урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм.
Кюригийн пироцахилгаан гүйдлийн талаархи мэдлэг, үндсэн болор бүтцийн талаархи ойлголт нь пироцахилгааныг урьдчилан таамаглах, болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах чадварыг бий болгосон. Үүнийг турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр харуулсан.
Кюри нар урвуу эффект байгааг нэн даруй баталж, пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн эргэлт буцалтгүй байдлын тоон нотолгоог олж авав. Хэдэн арван жилийн турш пьезо цахилгаан нь Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээхэд чухал хэрэгсэл болох хүртлээ лабораторийн сониуч зан хэвээр байв.
Пьезо цахилгааныг дуу үйлдвэрлэх, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цаг үүсгэгч болон электрон төхөөрөмж, микробаланс, хөтөч хэт авианы хушуу, оптик угсралтын хэт нарийн фокус, хэлбэр гэх мэт олон ашигтай хэрэглээнд ашигласан. атомын масштабтай зургийг шийдвэрлэхийн тулд сканнерийн микроскопуудын үндэс.
Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур зэрэгт хийн гал асаах оч үүсгэх, температурын өөрчлөлтийн хариуд материал нь цахилгаан потенциал үүсгэдэг пироэлектрик эффект зэрэг өдөр тутмын хэрэглээг олдог.
Дэлхийн XNUMX-р дайны үед сонарыг хөгжүүлэхэд Bell Telephone Laboratories-ийн боловсруулсан пьезоэлектрик талстыг ашигласан. Энэ нь холбоотны агаарын хүчинд нисэхийн радио ашиглан зохион байгуулалттай бөөнөөр довтлох боломжийг олгосон. АНУ-д пьезоэлектрик төхөөрөмж, материалын хөгжил нь компаниудыг ашиг сонирхлын чиглэлээр дайны эхэн үеийг хөгжүүлж, шинэ материалын ашигтай патентыг баталгаажуулсан.
Япон улс АНУ-ын пьезоэлектрикийн үйлдвэрлэлийн шинэ хэрэглээ, өсөлтийг олж харан, хурдан өөрсдийн үйлдвэрийг хөгжүүлэв. Тэд мэдээллийг хурдан хуваалцаж, барийн титанат, дараа нь хар тугалганы цирконатын титанатын материалыг тодорхой хэрэглээнд зориулж тусгай шинж чанартай боловсруулжээ.
Пьезоэлектрик нь 1880 онд нээгдсэнээс хойш маш их замыг туулсан бөгөөд одоо өдөр тутмын янз бүрийн хэрэглээнд ашиглагдаж байна. Үүнийг мөн материалаар дамжуулан хэт авианы импульс илгээж, цутгамал металл болон чулуун объектын доторх өө сэвийг олохын тулд тусгал, тасалдлыг хэмждэг хэт авианы цагийн долгионы тусгал хэмжигч гэх мэт материалын судалгаанд ахиц дэвшил гаргахад ашиглаж, бүтцийн аюулгүй байдлыг сайжруулсан.
Пьезоэлектрик хэрхэн ажилладаг вэ
Энэ хэсэгт би пьезо цахилгаан хэрхэн ажилладаг талаар судлах болно. Би хатуу биет дэх цахилгаан цэнэгийн хуримтлал, шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэл, энэ үзэгдлийг бүрдүүлдэг урвуу процессыг авч үзэх болно. Би мөн пьезоэлектрикийн түүх, түүний хэрэглээний талаар ярилцах болно.
Хатуу биет дэх цахилгаан цэнэгийн хуримтлал
Пьезо цахилгаан нь талст, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг зарим хатуу материалд хуримтлагддаг цахилгаан цэнэг юм. Энэ нь хэрэглэсэн механик стрессийн хариу үйлдэл бөгөөд нэр нь "piezein" (шахах эсвэл дарах) ба "ēlektron" (хув) гэсэн грек үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материал дахь механик ба цахилгаан төлөвүүдийн шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг. Энэ нь урвуу процесс бөгөөд пьезо цахилгаантай материалууд нь мөн урвуу пьезоэлектрик нөлөө үзүүлдэг бөгөөд хэрэглэсэн цахилгаан талбайн дотоод механик хүчдэл үүсдэг. Хэмжих боломжтой пьезо цахилгаан үүсгэдэг материалын жишээнд хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд орно.
Францын физикч Пьер, Жак Кюри нар 1880 онд пьезо цахилгааныг нээсэн. Тэр цагаас хойш дуу чимээ гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цаг үүсгэгч, микро баланс гэх мэт электрон төхөөрөмжүүд зэрэг олон төрлийн ашигтай хэрэглээнд ашиглагдаж байна. мөн оптик угсралтын хэт нарийн фокусын хэт авианы хушууг жолоодох. Энэ нь мөн атомын масштабаар зургийг шийдэж чаддаг сканнерийн микроскопуудын үндэс болдог. Пьезо цахилгааныг мөн электрон олшруулсан гитарын пикапуудад, орчин үеийн электрон бөмбөрний триггерүүдэд ашигладаг.
Пьезо цахилгаан нь хийн гал асаах оч үүсгэх, хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур, пироэлектрик эффект зэрэгт өдөр тутмын хэрэглээг олж, температурын өөрчлөлтийн хариуд материал нь цахилгаан потенциал үүсгэдэг. Үүнийг 18-р зууны дунд үед Карл Линней, Франц Аэпинус нар механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хоорондын хамаарлыг тодорхойлсон Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт үндэслэн судалжээ. Туршилтууд үр дүнгүй болсон.
Шотландын Антерийн музейн Кюри компенсатор дахь пьезо болорыг харах нь шууд пьезоэлектрик эффектийн илрэл юм. Ах дүү Пьер, Жак Кюри нар пироэлектрикийн талаархи мэдлэгээ үндсэн болор бүтцийн талаархи ойлголттой хослуулсан нь пироэлектрикийн таамаглалыг бий болгосон. Тэд болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглаж, турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудад үзүүлэх нөлөөг харуулсан. Натрийн калийн тартрат тетрагидрат ба кварц нь пьезоэлектрик шинж чанартай байв. Пьезоэлектрик диск нь хэв гажилтын үед хүчдэл үүсгэдэг бөгөөд хэлбэрийн өөрчлөлтийг Кюригийн үзүүлбэрт ихээхэн хэтрүүлсэн байдаг.
Тэд эсрэгээр пьезоэлектрик эффектийг урьдчилан таамаглаж чадсан бөгөөд эсрэгээр 1881 онд Габриэль Липпманн эсрэг нөлөөг математикийн аргаар гаргасан. Кюри нар урвуу эффект байгааг даруй баталж, цахилгаан эласто-эластоэлектрик эффектийн бүрэн урвуу байдлын тоон нотолгоог олж авав. пьезоэлектрик талст дахь механик хэв гажилт.
Хэдэн арван жилийн турш пьезо цахилгаан нь лабораторийн сониуч зан байсаар ирсэн боловч Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээхэд чухал хэрэгсэл байв. Пьезоцахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох тэдний ажил нь пьезоцахилгаан гүйдэл үүсгэх чадвартай байгалийн болор ангиудыг дүрсэлсэн, тензор цахилгаан тогтмолыг нарийн тодорхойлсон Волдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) номыг хэвлүүлснээр өндөрлөв. Энэ нь пьезоэлектрик төхөөрөмжүүдийн практик хэрэглээ байсан бөгөөд дэлхийн XNUMX-р дайны үед sonar бүтээгдсэн. Францад Пол Лангевин болон түүний хамтрагчид хэт авианы шумбагч онгоцны илрүүлэгчийг зохион бүтээжээ.
Илрүүлэгч нь дараах хэсгээс бүрдсэн хувиргагч ган хавтан дээр сайтар наасан нимгэн кварцын талстаар хийгдсэн ба буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэх гидрофон. Өндөр ялгаруулах замаар давтамж хувиргагчаас импульс авч, объектоос үсэрч буй дууны долгионы цуурайг сонсоход шаардагдах хугацааг хэмжсэнээр тэд объект хүртэлх зайг тооцоолж чадсан. Тэд sonar-ыг амжилттай болгохын тулд пьезо цахилгааныг ашигласан бөгөөд уг төсөл нь пьезоэлектрик төхөөрөмжийг эрчимтэй хөгжүүлж, сонирхлыг бий болгосон. Хэдэн арван жилийн туршид шинэ пьезоэлектрик материалууд болон материалын шинэ хэрэглээг судалж, хөгжүүлж, пьезоэлектрик төхөөрөмжүүд нь янз бүрийн салбарт орон сууц олсон. Керамик фонографын хайрцагнууд нь тоглуулагчийн дизайныг хялбарчилж, хямд, үнэн зөв пянз тоглуулагчид зориулагдсан бөгөөд засвар үйлчилгээ хийхэд хямд, бүтээхэд хялбар байв.
Хэт авианы хувиргагчийг хөгжүүлснээр шингэн ба хатуу бодисын зуурамтгай чанар, уян хатан чанарыг хялбархан хэмжих боломжийг олгосон нь материалын судалгаанд асар их ахиц дэвшил авчирсан.
Шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэл
Пьезо цахилгаан гэдэг нь зарим материалын механик стресст өртөх үед цахилгаан цэнэг үүсгэх чадвар юм. Энэ үг нь "шахах, дарах" гэсэн утгатай πιέζειν (piezein) болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр байсан "хув" гэсэн утгатай ἤλεκτρον (ēlektron) гэсэн грек үгнээс гаралтай.
Пьезо цахилгааныг 1880 онд Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар нээжээ. Энэ нь урвуу тэгш хэмтэй талст материалын механик ба цахилгаан төлөв хоорондын шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлд суурилдаг. Энэ нөлөө нь буцах боломжтой, өөрөөр хэлбэл пьезо цахилгаантай материалууд нь мөн урвуу пьезоэлектрик нөлөө үзүүлдэг бөгөөд ингэснээр хэрэглэсэн цахилгаан талбайн нөлөөгөөр дотоод механик хүчдэл үүсдэг. Статик бүтцээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг материалын жишээнд хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд орно. Эсрэгээр, урвуу пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэгддэг гаднах цахилгаан орон нөлөөлсөн үед талстууд статик хэмжээсээ өөрчилж чаддаг бөгөөд энэ нь хэт авианы долгион үүсгэхэд ашиглагддаг.
Пьезо цахилгааныг янз бүрийн ашигтай хэрэглээнд ашигласан, тухайлбал:
• Дуу чимээ гаргах, илрүүлэх
• Пьезоэлектрик бэхэн хэвлэх
• Өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх
• Цаг үүсгэгч
• Электрон төхөөрөмжүүд
• Бичил баланс
• Хэт авианы хошууг жолоодох
• Хэт нарийн фокустай оптик угсралт
• Зургийг атомын масштабаар шийдвэрлэхийн тулд сканнердах датчик микроскопын үндэс суурийг бүрдүүлнэ
• Цахимаар өсгөсөн гитарт пикапууд
• Орчин үеийн электрон бөмбөр дэх триггерүүд
• Хоол хийх, халаах төхөөрөмжид хийн гал асаах оч үүсгэх
• Бамбар, тамхины асаагуур
Пьезо цахилгаан нь температурын өөрчлөлтийн хариуд цахилгаан потенциал үүсгэдэг материал болох пироэлектрик эффектийн өдөр тутмын хэрэглээг олж авдаг. Үүнийг 18-р зууны дунд үед Карл Линней, Франц Аэпинус нар механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хоорондын хамаарлыг тодорхойлсон Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт үндэслэн судалжээ. Гэсэн хэдий ч туршилтууд үр дүнгүй болсон.
Шотландын Антерийн музейн Кюри компенсатор дахь пьезо болорыг үзэх нь шууд пьезоэлектрик эффектийн илрэл юм. Энэ бол ах дүү Пьер, Жак Кюри нарын бүтээлээр пьезо цахилгааныг харуулдаг болор бүтцийг судалж, тодорхойлсон нь Волдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) номыг хэвлүүлсэн явдал юм. Энэ нь пьезоэлектрикийн чадвартай байгалийн болор ангиудыг тайлбарлаж, тензорын шинжилгээгээр пьезоэлектрик тогтмолуудыг нарийн тодорхойлсон нь пьезоэлектрик төхөөрөмжийг практикт ашиглахад хүргэсэн.
Сонарыг дэлхийн XNUMX-р дайны үед Францын Пол Лангевин ба түүний хамтран ажиллагсад хэт авианы шумбагч онгоцны илрүүлэгч бүтээж байх үед бүтээжээ. Энэхүү детектор нь ган хавтан дээр сайтар наасан нимгэн кварцын талстаар хийсэн хувиргагч ба хувиргагчаас өндөр давтамжийн импульс гаргасны дараа буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэх гидрофоноос бүрдсэн байв. Объектоос үсэрч буй дууны долгионы цуурайг сонсоход шаардагдах хугацааг хэмжсэнээр тэд пьезо цахилгааныг ашиглан объектын зайг тооцоолох боломжтой болсон. Энэхүү төслийн амжилт нь пьезоэлектрик төхөөрөмжийг олон арван жилийн турш эрчимтэй хөгжүүлж, сонирхоход хүргэсэн бөгөөд шинэ пьезоэлектрик материалууд болон эдгээр материалын шинэ хэрэглээг судалж, боловсруулж байна. Пьезоэлектрик төхөөрөмжүүд нь тоглуулагчийн дизайныг хялбарчилж, илүү хямд, үнэн зөв пянз тоглуулагчид зориулж хийсэн керамик фонографын хайрцаг гэх мэт олон салбарт байшинг олсон бөгөөд угсралт, засвар үйлчилгээ нь хямд бөгөөд хялбар байдаг.
Хэт авианы хувиргагчийг хөгжүүлснээр шингэн ба хатуу бодисын зуурамтгай чанар, уян хатан чанарыг хялбархан хэмжих боломжийг олгосон нь материалын судалгаанд асар их ахиц дэвшил авчирсан. Хэт авианы цагийн долгионы тусгал хэмжигч нь материал руу хэт авианы импульс илгээж, цутгамал металл болон чулуун объектын доторх согогийг илрүүлэхийн тулд тусгал, тасалдлыг хэмжиж, бүтцийн аюулгүй байдлыг сайжруулдаг. Дэлхийн XNUMX-р дайны дараа АНУ, Орос, Японы бие даасан судалгааны бүлгүүд байгалийн материалаас хэд дахин илүү пьезоэлектрик тогтмолыг харуулсан ферроэлектрик хэмээх шинэ төрлийн синтетик материалыг нээсэн. Энэ нь барийн титанат, дараа нь хар тугалганы цирконатын титанат, тодорхой хэрэглээнд зориулсан тусгай шинж чанартай материалыг боловсруулах эрчимтэй судалгааг хийхэд хүргэсэн.
Пьезоэлектрик талстыг ашиглах чухал жишээг Дэлхийн XNUMX-р дайны дараа Bell Telephone Laboratories боловсруулсан. Фредерик Р. Лак, радио телефоны инженерийн хэлтэст ажилладаг.
Урвуу үйл явц
Пьезо цахилгаан нь талст, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг тодорхой хатуу материалд хуримтлагддаг цахилгаан цэнэг юм. Энэ нь эдгээр материалын механик стресст үзүүлэх хариу үйлдэл юм. "Пьезоцахилгаан" гэдэг үг нь "шахах" буюу "дарах" гэсэн утгатай грек "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "Хув" гэсэн утгатай "ēlektron" гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материалын механик ба цахилгаан төлөв хоорондын шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг. Энэ нь урвуу процесс бөгөөд пьезо цахилгаантай материалууд нь урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Хэмжих боломжтой пьезо цахилгаан үүсгэдэг материалын жишээнд хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд орно. Эдгээр талстуудын статик бүтэц нь гажигтай үед анхны хэмжээс рүүгээ буцаж, эсрэгээр гаднах цахилгаан орон үйлчлэх үед тэд статик хэмжээсээ өөрчилж, хэт авианы долгион үүсгэдэг.
Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар 1880 онд пьезо цахилгааныг нээсэн. Тэр цагаас хойш дуу чимээ гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цаг үүсгэгч, электрон төхөөрөмж, микро баланс, хэт авианы хошууг жолоодох ба хэт нарийн фокустай оптик угсралт. Энэ нь мөн атомын масштабаар дүрсийг шийдэж чаддаг датчик микроскопыг сканнердах үндэс суурь болдог. Мөн пьезо цахилгааныг электрон олшруулсан гитар, орчин үеийн электрон бөмбөрт зориулсан триггерт ашигладаг.
Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур болон бусад зүйлд хий асаах оч үүсгэх гэх мэт өдөр тутмын хэрэглээг олдог. Температурын өөрчлөлтөд материал нь цахилгаан потенциал үүсгэдэг пироэлектрик эффектийг 18-р зууны дунд үед Карл Линней, Франц Аепинус, Рене Хаюй нар хувын тухай мэдлэг дээр үндэслэн судалжээ. Антуан Сезар Беккерел механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хоорондын хамаарлыг тогтоосон боловч туршилт үр дүнд хүрээгүй байна.
Глазгоу дахь Анчдын музейд зочилсон хүмүүс ах дүү Пьер, Жак Кюри нарын шууд пьезоэлектрик эффектийг харуулсан Пьезо Кристал Кюри компенсаторыг үзэх боломжтой. Пироцахилгаан гүйдлийн талаархи мэдлэгээ үндсэн болор бүтцийн талаархи ойлголттой хослуулсан нь пироцахилгааныг урьдчилан таамаглах, болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах чадварыг бий болгосон. Үүнийг турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр харуулсан. Натри, калийн тартрат тетрагидрат, кварц нь мөн пьезоэлектрик шинж чанартай байсан бөгөөд деформацийн үед хүчдэл үүсгэхийн тулд пьезоэлектрик дискийг ашигласан. Энэ хэлбэрийн өөрчлөлтийг эсрэгээр пьезоэлектрик эффектийг урьдчилан таамаглахын тулд Кюри нар хэтрүүлсэн. Эсрэг нөлөөг 1881 онд Габриэль Липпман термодинамикийн үндсэн зарчмуудаас математикийн аргаар гаргаж авсан.
Кюри нар урвуу эффект байгааг нэн даруй баталж, пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн эргэлт буцалтгүй байдлын тоон нотолгоог олж авав. Хэдэн арван жилийн турш пьезо цахилгаан нь лабораторийн сониуч зан байсаар ирсэн боловч Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээхэд чухал хэрэгсэл байв. Тэдний пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох ажил нь Волдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) хэвлэгдсэнээр өндөрлөв. Энэ нь пьезоэлектрик чадвартай байгалийн болор ангиудыг тайлбарлаж, тензорын шинжилгээг ашиглан пьезоэлектрик тогтмолыг нарийн тодорхойлсон.
Сонар гэх мэт пьезоэлектрик төхөөрөмжүүдийн практик хэрэглээг Дэлхийн XNUMX-р дайны үед боловсруулсан. Францад Пол Лангевин болон түүний хамтрагчид шумбагч онгоцны хэт авианы мэдрэгч бүтээжээ. Энэхүү детектор нь ган хавтан дээр сайтар наасан нимгэн кварцын талстаар хийсэн хувиргагч, буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэх гидрофоноос бүрдсэн байв. Хөрвүүлэгчээс өндөр давтамжийн импульс гаргаж, объектоос үсрэх дууны долгионы цуурайг сонсоход шаардагдах хугацааг хэмжсэнээр тэд тухайн объектын зайг тооцоолох боломжтой болсон. Тэд энэ дууны төхөөрөмжийг амжилттай болгохын тулд пьезо цахилгаан ашигласан. Энэхүү төсөл нь пьезоэлектрик төхөөрөмжийн эрчимтэй хөгжил, сонирхлыг бий болгож, олон арван жилийн турш шинэ пьезоэлектрик материалууд болон эдгээр материалын шинэ хэрэглээг судалж, боловсруулсан. Пьезоэлектрик төхөөрөмж
Пьезо цахилгааныг юу үүсгэдэг вэ?
Энэ хэсэгт би пьезо цахилгааны гарал үүсэл болон энэ үзэгдлийг харуулсан янз бүрийн материалыг судлах болно. Би цахилгаан цэнэгийн эртний эх сурвалж болох "piezein" хэмээх грек үг, пироэлектрик эффектийг авч үзэх болно. Мөн би Пьер, Жак Кюри нарын нээлт, 20-р зуунд пьезоэлектрик төхөөрөмжийн хөгжлийн талаар ярилцах болно.
Грек үг Piezein
Пьезо цахилгаан гэдэг нь талст, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг зарим хатуу материалд цахилгаан цэнэгийн хуримтлал юм. Энэ нь эдгээр материалын механик стресст үзүүлэх хариу урвалаас үүдэлтэй юм. Пьезоэлектрик гэдэг үг нь "шахах, дарах" гэсэн утгатай грек "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "хув" гэсэн утгатай "ēlektron" гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материалын механик ба цахилгаан төлөв хоорондын шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг. Энэ нь урвуу процесс бөгөөд пьезо цахилгааныг харуулсан материалууд нь урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Жишээлбэл, хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд нь статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Эсрэгээр талстууд нь хэт авианы долгион үүсгэдэг урвуу пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэгддэг гаднах цахилгаан талбайг хэрэглэх үед статик хэмжээсээ өөрчилж чаддаг.
Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар 1880 онд пьезо цахилгааныг нээсэн. Пьезоэлектрик эффектийг дуу авиа гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цаг үүсгэгч, микро баланс гэх мэт электрон төхөөрөмжүүд зэрэг олон ашигтай хэрэглээнд ашигласан. , хэт авианы хошууг жолоодох, хэт нарийн төвлөрөх оптик угсралт. Энэ нь мөн атомын масштабаар зургийг шийдэж чаддаг сканнерийн микроскопуудын үндэс болдог. Мөн пьезо цахилгааныг электрон олшруулсан гитар, орчин үеийн электрон бөмбөрт зориулсан триггерт ашигладаг.
Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур болон бусад зүйлд хий асаах оч үүсгэх гэх мэт өдөр тутмын хэрэглээг олдог. Температурын өөрчлөлтийн хариуд цахилгаан потенциал үүсгэх пироэлектрик эффектийг 18-р зууны дунд үед Карл Линней, Франц Аэпинус нар судалж, Рене Хаю, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт тулгуурлан судалсан. механик стресс ба цахилгаан цэнэг. Туршилтууд үр дүнгүй болсон.
Шотландын музейд зочдод ах дүү Пьер, Жак Кюри нарын шууд пьезоэлектрик эффектийг харуулсан пьезо болор Кюри компенсаторыг үзэх боломжтой. Пироцахилгаан гүйдлийн талаархи мэдлэгээ үндсэн болор бүтцийн талаархи ойлголттой хослуулсан нь пироэлектрикийг урьдчилан таамаглах, болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах чадварыг бий болгосон. Үүнийг турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр харуулсан. Рошель давсны натрийн калийн тартрат тетрахидрат ба кварц нь пьезо цахилгааныг харуулсан ба пьезоэлектрик диск нь хэв гажилтын үед хүчдэл үүсгэдэг. Энэ хэлбэрийн өөрчлөлтийг Кюригийн жагсаал дээр маш хэтрүүлсэн байна.
Кюри нар пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн урвуу байдлын тоон нотолгоог олж авав. Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээх чухал хэрэгсэл болох хүртлээ пьезо цахилгаан нь хэдэн арван жилийн турш лабораторийн сониуч зан хэвээр байв. Тэдний пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох ажил нь Волдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) хэвлэгдсэнээр өндөрлөв. Энэ нь пьезо цахилгаантай байх чадвартай байгалийн болор ангиудыг тодорхойлсон бөгөөд тензорын шинжилгээгээр пьезоэлектрик тогтмолыг нарийн тодорхойлсон.
Пьезо цахилгааныг энэ практик хэрэглээ нь Дэлхийн XNUMX-р дайны үед дууны аппаратыг хөгжүүлэхэд хүргэсэн. Францад Пол Лангевин ба түүний хамтран ажиллагсад хэт авианы шумбагч онгоцны илрүүлэгч зохион бүтээжээ. Илрүүлэгч нь өндөр давтамжийн импульс гаргасны дараа буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэхийн тулд гидрофон гэж нэрлэгддэг ган хавтан дээр сайтар наасан нимгэн кварцын талстаар хийсэн хувиргагчаас бүрдсэн байв. Уг хувиргагч нь объектын зайг тооцоолохын тулд объектоос үсэрч буй дууны долгионы цуурайг сонсоход зарцуулсан хугацааг хэмжсэн. Sonar-д пьезо цахилгааныг ашиглах нь амжилттай болсон бөгөөд төсөл нь пьезоэлектрик төхөөрөмжийг олон арван жилийн турш эрчимтэй хөгжүүлж, сонирхлыг бий болгосон.
Шинэ пьезоэлектрик материалууд болон эдгээр материалын шинэ хэрэглээг судалж, хөгжүүлж, пьезоэлектрик төхөөрөмжүүд нь керамик фонографын хайрцаг гэх мэт олон салбарт орон сууц олж авсан нь тоглуулагчийн дизайныг хялбарчилж, засвар үйлчилгээ хийхэд хямд, илүү нарийвчлалтай пянз тоглуулагчтай болсон. барих. Хөгжүүлэлт
Эртний цахилгаан цэнэгийн эх үүсвэр
Пьезо цахилгаан нь талст, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг зарим хатуу материалд хуримтлагддаг цахилгаан цэнэг юм. Энэ нь механик нөлөөлөлд өртсөн материалын хариу урвалаас үүсдэг. "Пьезоэлектрик" гэдэг үг нь "шахах, дарах" гэсэн утгатай грек "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "хув" гэсэн утгатай "электрон" гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материалын механик ба цахилгаан төлөв хоорондын шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг. Энэ нь урвуу процесс бөгөөд пьезо цахилгааныг харуулсан материалууд нь урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Жишээлбэл, хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд нь статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Үүний эсрэгээр, гаднах цахилгаан орон ашиглах үед талстууд нь урвуу пьезоэлектрик нөлөөгөөр статик хэмжээсээ өөрчилж, хэт авианы долгион үүсгэдэг.
Пьезоэлектрик эффектийг 1880 онд Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар нээжээ. Энэ нь дуу авиа үйлдвэрлэх, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэлт, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цаг үүсгэгч, микро тэнцвэржүүлэгч, хэт авианы хошуу зэрэг электрон төхөөрөмжүүд зэрэг олон төрлийн хэрэгцээтэй хэрэглээнд ашиглагддаг. Энэ нь мөн атомын масштабын зургийг шийдвэрлэхэд ашигладаг датчик микроскопыг сканнердах үндэс суурь болдог. Мөн пьезо цахилгааныг электрон олшруулсан гитар, орчин үеийн электрон бөмбөрт зориулсан триггерт ашигладаг.
Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур болон бусад зүйлд хийн гал асаах оч үүсгэх өдөр тутмын хэрэглээг олдог. Температурын өөрчлөлтийн хариуд цахилгаан потенциал үүсгэх пироэлектрик эффектийг 18-р зууны дундуур Карл Линней, Франц Аэпинус нар механик хүчин чадал хоорондын хамаарлыг тодорхойлсон Рене Хаю, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт үндэслэн судалжээ. стресс ба цахилгаан цэнэг. Гэсэн хэдий ч тэдний туршилт үр дүнгүй болсон.
Шотландын Антерийн музейн пьезо болор ба Кюри компенсаторын дүр төрх нь пьезоэлектрик шууд эффектийг харуулж байна. Энэ бол ах дүү Пьер, Жак Кюри нарын бүтээлээр пьезо цахилгааныг харуулдаг болор бүтцийг судалж, тодорхойлсон нь Волдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) номыг хэвлүүлсэн явдал юм. Энэ нь пьезо цахилгаантай байгалийн болор ангиудыг тодорхойлсон бөгөөд тензорын шинжилгээгээр пьезоэлектрик тогтмолыг нарийн тодорхойлсон бөгөөд энэ нь пьезоэлектрик төхөөрөмжийг практикт ашиглах боломжийг олгосон.
Сонарыг дэлхийн XNUMX-р дайны үед Францын Пол Лангевин болон түүний хамтран ажиллагсад бүтээсэн бөгөөд тэд хэт авианы шумбагч онгоцны илрүүлэгч бүтээжээ. Илрүүлэгч нь ган хавтан дээр болгоомжтой наасан нимгэн кварцын талстаар хийсэн хувиргагч, буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэх гидрофоноос бүрдсэн байв. Хөрвүүлэгчээс өндөр давтамжийн импульс гаргаж, объектоос үсрэх дууны долгионы цуурайг сонсоход шаардагдах хугацааг хэмжсэнээр тэд объект хүртэлх зайг тооцоолох боломжтой болсон. Тэд энэ дууны төхөөрөмжийг амжилттай болгохын тулд пьезо цахилгаан ашигласан. Энэхүү төсөл нь олон арван жилийн турш пьезоэлектрик төхөөрөмжийн эрчимтэй хөгжил, сонирхлыг бий болгосон.
Пироэлектрик
Пьезоцахилгаан гэдэг нь тодорхой материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. Энэ нь урвуу тэгш хэмтэй талст материалын механик ба цахилгаан төлөв хоорондын шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэл юм. "Пьезоэлектрик" гэдэг үг нь "шахах, дарах" гэсэн утгатай Грекийн "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "Хув" гэсэн утгатай "ēlektron" грек үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффектийг 1880 онд Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар нээсэн. Энэ нь урвуу үйл явц бөгөөд пьезоэлектрик эффект үзүүлж буй материалууд мөн урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Хэмжих боломжтой пьезо цахилгаан үүсгэдэг материалын жишээнд хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд орно. Хөдөлгөөнгүй бүтэц нь хэв гажилтын үед анхны хэмжээс рүүгээ буцдаг. Үүний эсрэгээр, гаднах цахилгаан орон ашиглах үед урвуу пьезоэлектрик эффект үүсч, хэт авианы долгион үүсдэг.
Пьезоэлектрик эффектийг дуу гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цагны генератор, микро баланс, хөтөч хэт авианы хушуу, хэт нарийн фокустай оптик угсралт зэрэг электрон төхөөрөмжүүд зэрэг олон хэрэгцээтэй хэрэглээнд ашигладаг. Энэ нь мөн атомын масштабын зургийг шийдвэрлэхэд ашигладаг датчик микроскопыг сканнердах үндэс суурь болдог. Пьезо цахилгааныг мөн электрон олшруулсан гитарын пикапуудад, орчин үеийн электрон бөмбөрний триггерүүдэд ашигладаг.
Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур болон бусад зүйлд хий асаах оч үүсгэх гэх мэт өдөр тутмын хэрэглээг олдог. Температурын өөрчлөлтийн хариуд цахилгаан потенциал үүсгэх пироэлектрик эффектийг 18-р зууны дунд үед Карл Линней, Франц Аэпинус нар харилцаа холбоо тогтоосон Рене Хаю, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт үндэслэн судалжээ. механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хооронд. Гэсэн хэдий ч туршилтууд үр дүнгүй болсон.
Шотландын Кюри компенсаторын музейн пьезо болорыг харах нь шууд пьезоэлектрик эффектийн илрэл юм. Ах дүү Пьер, Жак Кюри нар пироэлектрикийн талаарх мэдлэг болон үндсэн болор бүтцийн талаарх ойлголтоо нэгтгэн пироцахилгаан гүйдлийн тухай ойлголтыг бий болгож, болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглахад хүргэсэн. Үүнийг турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр харуулсан. Натрийн калийн тартрат тетрагидрат ба кварц нь пьезо цахилгаантай болох нь тогтоогдсон бөгөөд пьезоэлектрик диск нь хэв гажилтын үед хүчдэл үүсгэдэг. Үүнийг Кюри нар эсрэгээр пьезоэлектрик эффектийг урьдчилан таамаглахын тулд хэтрүүлсэн. Эсрэг нөлөөг 1881 онд Габриэль Липпман термодинамикийн үндсэн зарчмаар математикийн аргаар гаргаж авсан.
Кюри нар урвуу эффект байгааг нэн даруй баталж, пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн эргэлт буцалтгүй байдлын тоон нотолгоог олж авав. Дараагийн хэдэн арван жилд пьезо цахилгаан нь Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээхэд чухал хэрэгсэл болох хүртлээ лабораторийн сониуч зүйл хэвээр байв. Тэдний пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох ажил нь Волдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) хэвлэгдсэнээр өндөрлөв.
Sonar-ийн хөгжил амжилттай болж, төсөл нь пьезоэлектрик төхөөрөмжүүдийн эрчимтэй хөгжил, сонирхлыг бий болгосон. Дараагийн хэдэн арван жилд шинэ пьезоэлектрик материалууд болон эдгээр материалын шинэ хэрэглээг судалж, боловсруулсан. Пьезоэлектрик төхөөрөмжүүд нь керамик фонографын хайрцаг зэрэг олон салбарт байшинг олсон бөгөөд энэ нь тоглуулагчийн дизайныг хялбарчилж, засвар үйлчилгээ хийхэд хямд, бүтээхэд хялбар, хямд, илүү нарийвчлалтай пянз тоглуулагчтай болгосон. Хэт авианы хувиргагчийг хөгжүүлснээр шингэн ба хатуу бодисын зуурамтгай чанар, уян хатан чанарыг хялбархан хэмжих боломжийг олгосон нь материалын судалгаанд асар их ахиц дэвшил авчирсан. Хэт авианы цагийн долгионы тусгал хэмжигч нь материал руу хэт авианы импульс илгээж, цутгамал металл болон чулуун объектын доторх согогийг илрүүлэхийн тулд тусгал, тасалдлыг хэмжиж, бүтцийн аюулгүй байдлыг сайжруулдаг.
Дэлхийн XNUMX-р дайны дараа АНУ, Орос, Японы бие даасан судалгааны бүлгүүд пьезоэлектрик тогтмолуудыг харуулсан ферроэлектрик хэмээх шинэ төрлийн синтетик материалыг нээсэн.
Пьезоэлектрик материал
Энэ хэсэгт би пьезоэлектрик эффектийг харуулсан материалуудын талаар ярилцах болно, энэ нь тодорхой материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. Би талст, керамик, биологийн бодис, яс, ДНХ, уураг, мөн тэдгээр нь бүгд пьезоэлектрик нөлөөнд хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлэхийг судлах болно.
талст
Пьезоцахилгаан гэдэг нь тодорхой материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. Пьезоцахилгаан гэдэг үг нь πιέζειν (piezein) нь "шахах" буюу "дарах" гэсэн утгатай грек үг, ἤλεκτρον (ēlektron) нь цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох хув гэсэн утгатай үгнээс гаралтай. Пьезоэлектрик материалд талст, керамик, биологийн бодис, яс, ДНХ, уураг орно.
Пьезо цахилгаан нь урвуу тэгш хэмтэй талст материал дахь механик ба цахилгаан төлөвүүдийн шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэл юм. Энэ нөлөө нь буцах боломжтой, өөрөөр хэлбэл пьезо цахилгаантай материалууд нь урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Хэмжих боломжтой пьезо цахилгаан үүсгэдэг материалын жишээнд хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд багтдаг бөгөөд тэдгээр нь анхны хэмжээс рүүгээ гажиж эсвэл эсрэгээр гаднах цахилгаан орон зайд ажиллах үед статик хэмжээсээ өөрчилдөг. Үүнийг урвуу пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэдэг бөгөөд хэт авианы долгион үүсгэхэд ашигладаг.
Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар 1880 онд пьезо цахилгааныг нээсэн. Пьезоэлектрик эффектийг дуу авиа гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цагны генератор, электрон төхөөрөмж гэх мэт олон төрлийн ашигтай хэрэглээнд ашигласан. microbalances, хөтөч хэт авианы хушуу, хэт нарийн фокустай оптик угсралт зэрэг. Энэ нь мөн атомын масштабын зургийг шийдвэрлэхэд ашигладаг датчик микроскопыг сканнердах үндэс суурь болдог. Пьезоэлектрик пикапуудыг мөн электрон олшруулсан гитар, орчин үеийн электрон бөмбөрт триггерт ашигладаг.
Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, мөн бамбар, тамхины асаагуур зэрэгт хийн гал асаах оч үүсгэх өдөр тутмын хэрэглээг олдог. Температурын өөрчлөлтийн хариуд цахилгаан потенциал үүсгэх пироэлектрик эффектийг 18-р зууны дунд үед Карл Линней, Франц Аепинус нар механик хүчин чадал хоорондын хамаарлыг тогтоосон Рене Хаю, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт үндэслэн судалжээ. стресс ба цахилгаан цэнэг. Энэ онолыг батлах туршилтууд үр дүнгүй байв.
Шотландын Антерийн музейн Кюри компенсатор дахь пьезо болорыг харах нь шууд пьезоэлектрик эффектийн илрэл юм. Ах дүү Пьер, Жак Кюри нар пироэлектрикийн талаархи мэдлэгээ үндсэн болор бүтцийн талаархи ойлголттой хослуулан пироэлектрикийн таамаглалыг бий болгосон. Тэд болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглаж, турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудад үзүүлэх нөлөөг харуулсан. Натрийн калийн тартрат тетрагидрат ба кварц нь пьезоэлектрик шинж чанартай байв. Пьезоэлектрик диск нь хэв гажилтын үед хүчдэл үүсгэдэг; хэлбэрийн өөрчлөлтийг Кюригийн жагсаалд ихээхэн хэтрүүлсэн.
Тэд мөн эсрэгээр пьезоэлектрик эффектийг урьдчилан таамаглаж, түүний цаад термодинамикийн үндсэн зарчмуудыг математикийн аргаар гаргаж чадсан. Габриэль Липпманн үүнийг 1881 онд хийсэн. Кюри нар урвуу эффект байгааг даруй баталж, пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн урвуу байдлын тоон нотолгоог олж авав.
Хэдэн арван жилийн турш пьезо цахилгаан нь лабораторийн сониуч зан байсаар ирсэн боловч Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээхэд чухал хэрэгсэл байв. Тэдний пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох ажил нь пьезо цахилгаантай байгалийн болор ангиудыг дүрсэлсэн, пьезо цахилгаан тогтмолыг ашиглан нарийн тодорхойлсон Волдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) номыг хэвлүүлснээр өндөрлөв.
Сонар дахь пьезоэлектрик төхөөрөмжүүдийн практик хэрэглээг Дэлхийн XNUMX-р дайны үед боловсруулсан. Францад Пол Лангевин болон түүний хамтран ажиллагчид хэт авианы шумбагч онгоцны илрүүлэгч зохион бүтээжээ. Энэхүү детектор нь өндөр давтамжийн импульс гаргасны дараа буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэхийн тулд гидрофон гэж нэрлэгддэг ган хавтан дээр сайтар наасан нимгэн кварцын талстаар хийсэн хувиргагчаас бүрдсэн байв. Обьектоос үсэрч буй дууны долгионы цуурайг сонсоход шаардагдах хугацааг хэмжсэнээр тэд объект хүртэлх зайг тооцоолж чадсан. Сонарт пьезоэлектрикийн энэхүү хэрэглээ амжилттай болсон бөгөөд уг төсөл олон арван жилийн турш пьезоэлектрик төхөөрөмжийг эрчимтэй хөгжүүлж, сонирхлыг бий болгосон.
Керамик
Пьезоэлектрик материалууд нь хэрэглэсэн механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулдаг хатуу бодис юм. Пьезоцахилгаан нь "шахах" буюу "дарах" гэсэн утгатай πιέζειν (piezein) болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох ἤλεκτρον (ēlektron) гэсэн үгнээс гаралтай. Пьезоэлектрик материалыг дуу чимээ гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх зэрэг олон төрлийн хэрэглээнд ашигладаг.
Пьезоэлектрик материал нь талст, керамик, биологийн бодис, яс, ДНХ, уураг зэрэгт агуулагддаг. Керамик бол өдөр тутмын хэрэглээнд хэрэглэгддэг хамгийн түгээмэл пьезоэлектрик материал юм. Керамик эдлэлийг хар тугалга цирконатын титанат (PZT) зэрэг металлын ислийг хослуулан хийж, өндөр температурт халааж хатуу бодис үүсгэдэг. Керамик нь маш бат бөх бөгөөд хэт температур, даралтыг тэсвэрлэдэг.
Пьезоэлектрик керамик нь олон төрлийн хэрэглээтэй бөгөөд үүнд:
• Бамбар, тамхины асаагуур зэрэг хоол хийх, халаах төхөөрөмжид хийн гал асаах оч үүсгэх.
• Эмнэлгийн дүрслэлд зориулсан хэт авианы долгион үүсгэх.
• Цагийн генератор болон электрон төхөөрөмжид өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх.
• Нарийвчлалтай жинлэхэд ашиглах бичил тэнцвэрийг бий болгох.
• Оптик угсралтыг хэт нарийн төвлөрүүлэхэд зориулагдсан хэт авианы хошууг жолоодох.
• Атомын масштабаар дүрсийг шийдэж чадах датчик микроскопыг сканнердах үндэс суурийг бүрдүүлэх.
• Орчин үеийн электрон бөмбөрт зориулсан электрон өсгөгч гитар болон триггерүүдэд зориулсан пикапууд.
Пьезоэлектрик керамик нь өргөн хэрэглээний цахилгаан хэрэгсэлээс эмнэлгийн дүрслэл хүртэл өргөн хүрээний хэрэглээнд ашиглагддаг. Эдгээр нь маш удаан эдэлгээтэй бөгөөд хэт температур, даралтыг тэсвэрлэх чадвартай тул янз бүрийн салбарт ашиглахад тохиромжтой.
Биологийн бодис
Пьезоцахилгаан гэдэг нь тодорхой материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. Энэ нь "шахах, дарах" гэсэн утгатай грек "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох хув гэсэн утгатай "ēlektron" гэсэн үгнээс гаралтай.
Яс, ДНХ, уураг зэрэг биологийн бодисууд нь пьезо цахилгааныг харуулдаг материалуудын нэг юм. Энэ нөлөө нь буцаах боломжтой, өөрөөр хэлбэл пьезо цахилгаантай материалууд нь урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Эдгээр материалын жишээнд хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд ордог бөгөөд тэдгээрийн статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Эсрэгээр, гаднах цахилгаан орон ашиглах үед талстууд нь статик хэмжээсээ өөрчилж, урвуу пьезоэлектрик нөлөөгөөр хэт авианы долгион үүсгэдэг.
Пьезо цахилгааныг 1880 онд Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар нээсэн. Тэр цагаас хойш олон төрлийн ашигтай хэрэглээнд ашиглагдаж байна, тухайлбал:
• Дуу чимээ гаргах, илрүүлэх
• Пьезоэлектрик бэхэн хэвлэх
• Өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх
• Цаг үүсгэгч
• Электрон төхөөрөмжүүд
• Бичил баланс
• Хэт авианы хошууг жолоодох
• Хэт нарийн фокустай оптик угсралт
• Сканнерийн датчикийн микроскопын үндэс суурийг бүрдүүлнэ
• Зургийг атомын масштабаар шийдвэрлэх
• Цахимаар өсгөсөн гитарт пикапууд
• Орчин үеийн электрон бөмбөр дэх триггерүүд
Пьезо цахилгааныг мөн хийн хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур гэх мэт өдөр тутмын эд зүйлсэд ашигладаг. Температурын өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэх цахилгаан потенциалыг үйлдвэрлэх пироэлектрик эффектийг 18-р зууны дунд үед Карл Линней, Франц Аэпинус нар судалжээ. Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэг дээр үндэслэн тэд механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хоорондын хамаарлыг тогтоосон боловч тэдний туршилт үр дүнд хүрээгүй байна.
Шотландын Антерийн музейн Кюри компенсатор дахь пьезо болорыг харах нь шууд пьезоэлектрик эффектийн илрэл юм. Ах дүү Пьер, Жак Кюри нар пироэлектрикийн талаарх мэдлэг, үндсэн болор бүтцийн талаарх ойлголтоо нэгтгэж, пироэлектрикийн таамаглалыг бий болгож, болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглав. Турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр үүнийг харуулсан. Натри, калийн тартрат тетрагидрат, кварц нь мөн пьезоэлектрик шинж чанартай байсан бөгөөд деформацийн үед хүчдэл үүсгэхийн тулд пьезоэлектрик дискийг ашигласан. Энэ нөлөөг Кюри нар эсрэгээр пьезоэлектрик эффектийг урьдчилан таамаглахын тулд ихээхэн хэтрүүлсэн. Эсрэг нөлөөг 1881 онд Габриэль Липпман термодинамикийн үндсэн зарчмуудаас математикийн аргаар гаргаж авсан.
Кюри нар урвуу эффект байгааг нэн даруй баталж, пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн эргэлт буцалтгүй байдлын тоон нотолгоог олж авав. Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээх чухал хэрэгсэл болох хүртлээ пьезо цахилгаан нь хэдэн арван жилийн турш лабораторийн сониуч зан хэвээр байв. Тэдний пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох ажил нь Вольдемар Фойгтын "Лербух дер Кристаллфизик" (Болор физикийн сурах бичиг) хэвлэгдсэнээр өндөрлөв.
Ясны
Пьезоцахилгаан гэдэг нь тодорхой материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. Яс бол энэ үзэгдлийг харуулсан ийм материал юм.
Яс нь коллаген, кальци, фосфор зэрэг уураг, эрдэс бодисоос бүрддэг биологийн нэг төрлийн бодис юм. Энэ нь бүх биологийн материалуудаас хамгийн пьезоэлектрик бөгөөд механик стресст өртөх үед хүчдэл үүсгэх чадвартай.
Ясан дахь пьезоэлектрик нөлөө нь түүний өвөрмөц бүтцийн үр дүн юм. Энэ нь эрдэс бодисын матрицад шингэсэн коллагены утаснуудын сүлжээнээс тогтдог. Яс механик ачаалалд өртөх үед коллагены утаснууд хөдөлж, эрдэс бодисууд туйлширч, цахилгаан цэнэг үүсгэдэг.
Ясан дахь пьезоэлектрик нөлөө нь хэд хэдэн практик хэрэглээтэй байдаг. Энэ нь ясны хугарал болон бусад эмгэгийг илрүүлэхэд хэт авиан, рентген зураг зэрэг эмнэлгийн дүрслэлд ашиглагддаг. Түүнчлэн пьезоэлектрик эффект ашиглан дууны долгионыг дотоод чихэнд шууд дамжуулдаг цахилгаан дохио болгон хувиргадаг яс дамжуулагч сонсголын аппаратанд ашигладаг.
Ясан дахь пьезоэлектрик нөлөөг хиймэл үе, хиймэл мөч гэх мэт ортопед суулгацанд мөн ашигладаг. Суулгацууд нь пьезоэлектрик эффект ашиглан механик энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргаж, улмаар төхөөрөмжийг тэжээхэд ашигладаг.
Нэмж дурдахад ясны пьезоэлектрик нөлөөг анагаах ухааны шинэ аргыг боловсруулахад ашиглахаар судалж байна. Жишээлбэл, судлаачид ясны өсөлтийг идэвхжүүлж, гэмтсэн эдийг нөхөн сэргээх зорилгоор пьезо цахилгааны хэрэглээг судалж байна.
Ерөнхийдөө ясны пьезоэлектрик эффект нь өргөн хүрээний практик хэрэглээтэй гайхалтай үзэгдэл юм. Энэ нь анагаах ухаан, технологийн янз бүрийн хэрэглээнд ашиглагдаж байгаа бөгөөд шинэ эмчилгээ боловсруулахад ашиглахаар судалж байна.
ДНХ-ийн
Пьезоцахилгаан гэдэг нь тодорхой материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. ДНХ бол ийм нөлөө үзүүлдэг ийм материал юм. ДНХ нь бүх амьд организмд байдаг биологийн молекул бөгөөд аденин (A), гуанин (G), цитозин (С), тимин (Т) гэсэн дөрвөн нуклеотидын суурийн бүрэлдэхүүнээс бүрдэнэ.
ДНХ нь механик стресст өртөх үед цахилгаан цэнэг үүсгэхэд ашиглаж болох нарийн төвөгтэй молекул юм. Энэ нь ДНХ-ийн молекулууд нь устөрөгчийн холбоогоор бэхлэгдсэн нуклеотидын хоёр хэлхээнээс бүрддэгтэй холбоотой юм. Эдгээр холбоо тасрах үед цахилгаан цэнэг үүсдэг.
ДНХ-ийн пьезоэлектрик эффектийг янз бүрийн хэрэглээнд ашигласан бөгөөд үүнд:
• Эмнэлгийн суулгацын цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх
• Эс дэх механик хүчийг илрүүлэх, хэмжих
• Нано хэмжээст мэдрэгчийг хөгжүүлэх
• ДНХ-ийн дараалал тогтоох био мэдрэгчийг бий болгох
• Дүрслэл хийх хэт авианы долгион үүсгэх
ДНХ-ийн пьезоэлектрик нөлөөг мөн нано утас, нано хоолой зэрэг шинэ материал бүтээхэд ашиглах боломжийн үүднээс судалж байна. Эдгээр материалыг эрчим хүч хадгалах, мэдрэх зэрэг олон төрлийн хэрэглээнд ашиглаж болно.
ДНХ-ийн пьезоэлектрик нөлөөг сайтар судалж, механик стресст маш мэдрэмтгий болох нь тогтоогдсон. Энэ нь шинэ материал, технологи боловсруулахаар эрэлхийлж буй судлаач, инженерүүдэд үнэ цэнэтэй хэрэгсэл болж өгдөг.
Дүгнэж хэлэхэд, ДНХ нь пьезоэлектрик эффектийг үзүүлдэг материал бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. Энэ эффектийг эмнэлгийн суулгац, нано хэмжээст мэдрэгч, ДНХ-ийн дараалал зэрэг олон төрлийн хэрэглээнд ашигласан. Түүнчлэн нано утас, нано хоолой зэрэг шинэ материалыг бүтээхэд ашиглах боломжтой эсэхийг судалж байна.
Уураг
Пьезоцахилгаан гэдэг нь тодорхой материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. Пьезоэлектрик материал, тухайлбал уураг, талст, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодисууд энэ нөлөөг харуулдаг. Ялангуяа уургууд нь цахилгаан цэнэг үүсгэхийн тулд деформацид ордог амин хүчлүүдийн цогц бүтцээс бүрддэг тул өвөрмөц пьезо цахилгаан материал юм.
Уургууд нь пьезоэлектрик материалын хамгийн түгээмэл төрөл бөгөөд тэдгээр нь янз бүрийн хэлбэрээр олддог. Тэдгээрийг фермент, гормон, эсрэгбие, коллаген, кератин зэрэг бүтцийн уураг хэлбэрээр олж болно. Уургууд нь булчингийн агшилт, тайвшралыг хариуцдаг булчингийн уураг хэлбэрээр бас байдаг.
Уургийн пьезоэлектрик нөлөө нь амин хүчлүүдийн цогц бүтцээс бүрддэгтэй холбоотой юм. Эдгээр амин хүчлүүд деформацид ороход цахилгаан цэнэг үүсгэдэг. Энэ цахилгаан цэнэгийг дараа нь мэдрэгч, идэвхжүүлэгч гэх мэт төрөл бүрийн төхөөрөмжийг тэжээхэд ашиглаж болно.
Уургийг мөн олон төрлийн анагаах ухаанд ашигладаг. Жишээлбэл, тэдгээр нь бие махбодид тодорхой уураг байгаа эсэхийг илрүүлэхэд ашиглагддаг бөгөөд энэ нь өвчнийг оношлоход хэрэглэгддэг. Тэд мөн зарим бактери, вирус байгаа эсэхийг илрүүлэхэд ашигладаг бөгөөд энэ нь халдварыг оношлоход хэрэглэгддэг.
Уургийг мөн үйлдвэрлэлийн янз бүрийн хэрэглээнд ашигладаг. Жишээлбэл, тэдгээр нь янз бүрийн үйлдвэрлэлийн процесст мэдрэгч, идэвхжүүлэгчийг бий болгоход ашиглагддаг. Тэд мөн нисэх онгоц болон бусад тээврийн хэрэгслийг барихад ашиглаж болох материалыг бүтээхэд ашигладаг.
Дүгнэж хэлэхэд уураг нь олон төрлийн хэрэглээнд ашиглаж болох өвөрмөц пьезоэлектрик материал юм. Эдгээр нь цахилгаан цэнэг үүсгэхийн тулд деформацид ордог амин хүчлүүдийн цогц бүтцээс бүрддэг бөгөөд тэдгээрийг анагаах ухаан, үйлдвэрлэлийн янз бүрийн хэрэглээнд ашигладаг.
Пьезо цахилгаанаар эрчим хүч цуглуулах
Энэ хэсэгт би пьезо цахилгааныг эрчим хүч цуглуулахад хэрхэн ашиглах талаар ярилцах болно. Би пьезо цахилгааны бэхэн хэвлэхээс эхлээд цагны генератор, микробаланс хүртэл пьезо цахилгааны янз бүрийн хэрэглээг авч үзэх болно. Би мөн пьезо цахилгааныг Пьер Кюри нээснээс эхлээд Дэлхийн XNUMX-р дайнд ашиглах хүртэлх түүхийг судлах болно. Эцэст нь би пьезоэлектрик үйлдвэрлэлийн өнөөгийн байдал, цаашдын өсөлтийн боломжийн талаар ярилцах болно.
Пьезоэлектрик бэхэн хэвлэх
Пьезоцахилгаан гэдэг нь тодорхой материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэг үүсгэх чадвар юм. "Пьезоэлектрик" гэдэг үг нь эртний цахилгаан цэнэгийн эх үүсвэр болох "пьезеин" (шахах, дарах) ба "электрон" (хув) гэсэн грек үгнээс гаралтай. Кристал, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг пьезоэлектрик материалыг янз бүрийн хэрэглээнд ашигладаг.
Пьезо цахилгааныг өндөр хүчдэлийн цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх, цагны генератор, электрон төхөөрөмж, микро балансад ашигладаг. Энэ нь мөн хэт авианы хушуу болон хэт нарийн фокустай оптик угсралтыг жолоодоход хэрэглэгддэг. Пьезоэлектрик бэхэн хэвлэх нь энэ технологийн түгээмэл хэрэглээ юм. Энэ бол пьезоэлектрик талстыг ашиглан өндөр давтамжийн чичиргээ үүсгэн хуудас руу бэхний дусал гаргахад ашигладаг хэвлэх төрөл юм.
Пьезо цахилгааныг нээсэн нь 1880 онд Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар нөлөөллийг нээсэн үеэс эхлэлтэй. Тэр цагаас хойш пьезоэлектрик эффектийг янз бүрийн ашигтай хэрэглээнд ашиглаж ирсэн. Пьезо цахилгааныг хийн хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур, электрон олшруулсан гитар, орчин үеийн электрон бөмбөр дэх триггер зэрэг өдөр тутмын эд зүйлсэд ашигладаг.
Пьезоэлектрикийг мөн шинжлэх ухааны судалгаанд ашигладаг. Энэ нь атомын масштабын зургийг шийдвэрлэхэд ашигладаг датчик микроскопыг сканнердах үндэс суурь юм. Энэ нь мөн хэт авианы долгионы долгионыг материал руу илгээж, цутгамал металл болон чулуун объектын доторх тасалдлыг илрүүлэх, согогийг олохын тулд тусгалыг хэмжихэд ашигладаг.
Пьезоэлектрик төхөөрөмж, материалын хөгжил нь илүү сайн гүйцэтгэл, үйлдвэрлэлийн үйл явцыг хөнгөвчлөх хэрэгцээ шаардлагаас үүдэлтэй юм. АНУ-д кварцын талстыг арилжааны зориулалтаар ашиглах нь пьезоэлектрикийн үйлдвэрлэлийн өсөлтөд гол хүчин зүйл болсон. Үүний эсрэгээр Японы үйлдвэрлэгчид мэдээлэл солилцож, шинэ программуудыг хурдан хөгжүүлж чадсан нь Японы зах зээлд хурдацтай өсөхөд хүргэсэн.
Пьезо цахилгаан нь асаагуур гэх мэт өдөр тутмын хэрэглээний зүйлсээс эхлээд шинжлэх ухааны дэвшилтэт судалгаа хүртэл бидний эрчим хүчийг ашиглах аргад хувьсгал хийсэн. Энэ нь бидэнд шинэ материал, хэрэглээг судлах, хөгжүүлэх боломжийг олгосон олон талт технологи бөгөөд ирэх жилүүдэд бидний амьдралын чухал хэсэг хэвээр байх болно.
Өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх
Пьезо цахилгаан гэдэг нь тодорхой хатуу материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. "Пьезо цахилгаан" гэдэг үг нь "шахах" буюу "дарах" гэсэн утгатай грек "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох хув" гэсэн утгатай "ēlektron" гэсэн үгнээс гаралтай. Пьезо цахилгаан нь урвуу тэгш хэмтэй талст материал дахь механик ба цахилгаан төлөвүүдийн шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэл юм.
Пьезоэлектрик нөлөө нь урвуу үйл явц юм; Пьезо цахилгааныг харуулсан материалууд нь мөн урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүсдэг дотоод механик хүчдэлийг үүсгэдэг. Жишээлбэл, хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд нь статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Эсрэгээр талстууд нь гадны цахилгаан орон хэрэглэх үед статик хэмжээсээ өөрчилж чаддаг бөгөөд энэ үзэгдэл нь хэт авианы долгион үүсгэхэд ашиглагддаг урвуу пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэгддэг үзэгдэл юм.
Пьезоэлектрик эффектийг өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх зэрэг олон төрлийн хэрэглээнд ашигладаг. Пьезоэлектрик материалыг дуу чимээ гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэлт, цагны генератор, электрон төхөөрөмж, микробаланс, хөтөч хэт авианы хушуу, хэт нарийн фокустай оптик угсралтад ашигладаг.
Пьезо цахилгааныг өдөр тутмын хэрэглээнд, тухайлбал, хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур, пироэлектрик нөлөө бүхий материалд хийн гал асаах оч үүсгэх, температурын өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэхэд цахилгаан потенциал үүсгэдэг. Энэхүү үр нөлөөг Карл Линней, Франц Аэпинус нар 18-р зууны дунд үед судалж, механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хоорондын хамаарлыг тодорхойлсон Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэг дээр үндэслэн хийсэн боловч тэдний туршилт үр дүнгүй байсан.
Пироцахилгаан гүйдлийн талаарх хосолсон мэдлэг, үндсэн болор бүтцийн талаархи ойлголт нь пироэлектрикийг урьдчилан таамаглах, болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах чадварыг бий болгосон. Турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр үүнийг харуулсан. Натрийн калийн тартрат тетрахидрат ба кварц нь мөн пьезоэлектрик шинж чанартай байсан бөгөөд деформацийн үед хүчдэл үүсгэхийн тулд пьезоэлектрик дискийг ашигласан. Энэ нь шууд пьезоэлектрик эффектийн тухай Кюригийн үзүүлбэрт ихээхэн хэтрүүлсэн байв.
Ах дүү Пьер, Жак Кюри нар пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн эргэлт буцалтгүй байдлын тоон нотолгоог олж авав. Хэдэн арван жилийн турш пьезо цахилгаан нь лабораторийн сониуч зан байсаар ирсэн боловч Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээхэд чухал хэрэгсэл байв. Тэдний пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох ажил нь пьезо цахилгаантай байгалийн болор ангиудыг дүрсэлсэн, пьезо цахилгаан тогтмолыг ашиглан нарийн тодорхойлсон Волдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) номыг хэвлүүлснээр өндөрлөв.
Пьезоэлектрик төхөөрөмжүүдийн практик хэрэглээ нь Дэлхийн XNUMX-р дайны үед дууны аппаратыг хөгжүүлснээр эхэлсэн. Францад Пол Лангевин болон түүний хамтран ажиллагчид хэт авианы шумбагч онгоцны илрүүлэгч зохион бүтээжээ. Илрүүлэгч нь ган хавтан дээр болгоомжтой наасан нимгэн кварцын талстаар хийсэн хувиргагч, буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэх гидрофоноос бүрдсэн байв. Хөрвүүлэгчээс өндөр давтамжийн импульс гаргаж, объектоос үсрэх дууны долгионы цуурайг сонсоход шаардагдах хугацааг хэмжсэнээр тэд тухайн объектын зайг тооцоолох боломжтой болсон. Тэд сонарыг амжилттай болгохын тулд пьезо цахилгаан ашигласан бөгөөд энэ төсөл нь дараагийн хэдэн арван жилийн хугацаанд пьезоэлектрик төхөөрөмжийг эрчимтэй хөгжүүлж, сонирхлыг бий болгосон.
Шинэ пьезоэлектрик материалууд болон эдгээр материалын шинэ хэрэглээг судалж, боловсруулсан. Пьезоэлектрик төхөөрөмжүүд нь керамик фонографын хайрцаг зэрэг төрөл бүрийн салбарт байшинг олсон бөгөөд энэ нь тоглуулагчийн дизайныг хялбарчилж, засвар үйлчилгээ хийхэд хямд, бүтээхэд хялбар, хямд, илүү нарийвчлалтай пянз тоглуулагчтай болгосон. Хэт авианы хувиргагчийг хөгжүүлснээр шингэн ба хатуу бодисын зуурамтгай чанар, уян хатан чанарыг хялбархан хэмжих боломжийг олгосон нь материалын судалгаанд асар их ахиц дэвшил авчирсан. Хэт авианы цагийн долгионы тусгал хэмжигч нь материал руу хэт авианы импульс илгээж, цутгамал металл болон чулуун объектын доторх согогийг илрүүлэхийн тулд тусгал, тасалдлыг хэмжиж, бүтцийн аюулгүй байдлыг сайжруулдаг.
Дэлхийн XNUMX-р дайны үеэр АНУ, Орос, Японы бие даасан судалгааны бүлгүүд фер хэмээх шинэ төрлийн синтетик материалыг олж илрүүлжээ.
Цагийн генератор
Пьезоцахилгаан гэдэг нь тодорхой материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. Энэ үзэгдлийг цаг үүсгэгч гэх мэт хэд хэдэн хэрэгтэй программуудыг бий болгоход ашигласан. Цагийн генераторууд нь цаг хугацааны нарийн тохируулгатай цахилгаан дохио үүсгэхийн тулд пьезо цахилгаан ашигладаг төхөөрөмж юм.
Цагийн генераторыг компьютер, харилцаа холбоо, автомашины систем зэрэг олон төрлийн хэрэглээнд ашигладаг. Эдгээрийг цахилгаан дохионы цагийг зөв тогтоохын тулд зүрхний аппарат гэх мэт эмнэлгийн төхөөрөмжид ашигладаг. Цагийн генераторыг мөн үйлдвэрлэлийн автоматжуулалт, робот техникт ашигладаг бөгөөд үүнд цагийг нарийн тогтоох шаардлагатай байдаг.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материал дахь механик ба цахилгаан төлөвүүдийн шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлд суурилдаг. Энэ нөлөө нь буцаах боломжтой, өөрөөр хэлбэл пьезо цахилгаантай материалууд нь цахилгаан талбар хэрэглэх үед механик ачаалал үүсгэдэг. Үүнийг урвуу пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэдэг бөгөөд хэт авианы долгион үүсгэхэд ашигладаг.
Цагийн генераторууд энэ урвуу пьезоэлектрик эффектийг ашиглан цахилгаан дохиог цаг хугацааны нарийвчлалтайгаар үүсгэдэг. Пьезоэлектрик материал нь тодорхой давтамжтайгаар чичиргээ үүсгэдэг цахилгаан орны нөлөөгөөр гажигтай байдаг. Дараа нь энэ чичиргээг цахилгаан дохио болгон хувиргаж, цаг хугацааны нарийн дохиог бий болгоход ашигладаг.
Цагны генераторыг эмнэлгийн төхөөрөмжөөс эхлээд үйлдвэрлэлийн автоматжуулалт хүртэл янз бүрийн хэрэглээнд ашигладаг. Эдгээр нь найдвартай, үнэн зөв, хэрэглэхэд хялбар тул олон програмын түгээмэл сонголт болгодог. Пьезо цахилгаан нь орчин үеийн технологийн чухал хэсэг бөгөөд цагны генераторууд нь энэ үзэгдлийн олон хэрэглээний зөвхөн нэг нь юм.
Электрон тоног төхөөрөмж
Пьезо цахилгаан гэдэг нь тодорхой хатуу материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. Пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэгддэг энэхүү үзэгдлийг электроноор өсгөсөн гитар дахь пикапуудаас эхлээд орчин үеийн электрон бөмбөр дэх триггер хүртэл янз бүрийн электрон төхөөрөмжид ашигладаг.
Пьезо цахилгаан гэдэг нь "шахах" буюу "дарах" гэсэн утгатай πιέζειν (piezein) болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "хув" гэсэн утгатай ἤλεκτρον (ēlektron) гэсэн үгнээс гаралтай. Пьезоэлектрик материалууд нь пьезоэлектрик нөлөө үзүүлдэг талстууд, керамикууд, яс, ДНХ-ийн уураг зэрэг биологийн бодисууд юм.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материал дахь механик ба цахилгаан төлөвүүдийн шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэл юм. Энэ нь урвуу процесс бөгөөд пьезоэлектрик нөлөө үзүүлж буй материалууд мөн урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Жишээлбэл, хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд нь статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Эсрэгээр талстууд нь гадны цахилгаан орон хэрэглэх үед статик хэмжээсээ өөрчилж чаддаг бөгөөд энэ үзэгдэл нь хэт авианы долгион үүсгэхэд ашиглагддаг урвуу пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэгддэг үзэгдэл юм.
Пьезо цахилгааныг нээсэн нь 1880 онд шууд пьезоэлектрик эффектийг харуулсан Францын физикч Пьер, Жак Кюри нарын гавъяа юм. Тэдний пироцахилгаан гүйдлийн талаарх нэгдсэн мэдлэг, үндсэн болор бүтцийн талаарх ойлголт нь пироэлектрик эффектийг урьдчилан таамаглах боломжийг бий болгосон. Турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр болорын зан үйлийг харуулсан.
Пьезо цахилгааныг хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур, температурын өөрчлөлтийн хариуд цахилгаан үүсгэх хүчин чадал бүхий пироэлектрик нөлөө бүхий материалд хий асаах оч үүсгэх гэх мэт өдөр тутмын төрөл бүрийн хэрэглээнд ашигладаг. Үүнийг 18-р зууны дунд үед Карл Линней, Франц Аэпинус нар механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хоорондын хамаарлыг тодорхойлсон Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт үндэслэн судалжээ. Гэсэн хэдий ч Шотландын Кюри компенсаторын музейд пьезо болорыг үзэхэд ах дүү Кюригийн шууд пьезоэлектрик эффектийг харуулах хүртэл туршилт үр дүнгүй байв.
Пьезо цахилгааныг электрон олшруулсан гитар дахь пикапуудаас эхлээд орчин үеийн электрон бөмбөр дэх триггер хүртэл янз бүрийн электрон төхөөрөмжид ашигладаг. Энэ нь дуу чимээ үйлдвэрлэх, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэлт, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цаг үүсгэгч, микробаланс, хөтөч хэт авианы хушуу, хэт нарийн фокустай оптик угсралт зэрэгт ашиглагддаг. Пьезо цахилгаан нь мөн атомын масштабын зургийг шийдвэрлэхэд ашигладаг датчик микроскопыг сканнердах үндэс суурь болдог.
Микробаланс
Пьезо цахилгаан гэдэг нь тодорхой хатуу материалын механик стрессийн хариуд цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. Пьезоцахилгаан нь "шахах" буюу "дарах" гэсэн утгатай πιέζειν (piezein) болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох ἤλεκτρον (ēlektron) гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур болон бусад зүйлд хийн гал асаах оч үүсгэх зэрэг өдөр тутмын төрөл бүрийн хэрэглээнд ашиглагддаг. Энэ нь дуу чимээ гаргах, илрүүлэх, пьезоэлектрик бэхэн хэвлэлтэд ашиглагддаг.
Пьезо цахилгааныг мөн өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэхэд ашигладаг бөгөөд цагны генератор, микро баланс гэх мэт электрон төхөөрөмжүүдийн үндэс суурь болдог. Пьезо цахилгааныг хэт авианы хушуу болон хэт нарийн фокустай оптик угсралтыг жолоодоход ашигладаг.
Пьезо цахилгааныг нээсэн нь 1880 онд Францын физикч Жак, Пьер Кюри нарын гавъяа юм. Ах дүү Кюри пироцахилгаан гүйдлийн талаарх мэдлэг болон үндсэн болор бүтцийн талаарх ойлголтоо нэгтгэн пьезо цахилгаан гэдэг ойлголтыг бий болгосон. Тэд болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглаж, турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудад үзүүлэх нөлөөг харуулсан.
Пьезоэлектрик эффектийг дуу чимээ гаргах, илрүүлэх зэрэг ашигтай хэрэглээнд ашигласан. Дэлхийн XNUMX-р дайны үед сонарыг хөгжүүлсэн нь пьезо цахилгааныг ашиглахад томоохон нээлт болсон юм. Дэлхийн XNUMX-р дайны дараа АНУ, Орос, Японы бие даасан судалгааны бүлгүүд байгалийн материалаас арав дахин өндөр пьезоэлектрик тогтмолыг харуулсан ферроэлектрик хэмээх шинэ төрлийн синтетик материалыг нээсэн.
Энэ нь барийн титанат, дараа нь хар тугалганы цирконатын титанатын материалыг эрчимтэй судалж, хөгжүүлэхэд хүргэсэн бөгөөд энэ нь тодорхой хэрэглээнд зориулагдсан шинж чанартай байв. Дэлхийн XNUMX-р дайны дараа Bell Telephone Laboratories-д пьезоэлектрик талстыг ашиглах чухал жишээг боловсруулсан.
Фредерик Р.Лак радио телефоны инженерийн хэлтэст ажиллаж байхдаа өргөн температурт ажилладаг зүсэгдсэн болорыг бүтээжээ. Лакийн болор нь өмнөх талстуудын хүнд дагалдах хэрэгсэл хэрэггүй байсан тул онгоцонд ашиглахад хялбар болсон. Энэхүү хөгжил нь холбоотнуудын агаарын хүчинд агаарын тээврийн радио ашиглан зохион байгуулалттай олон нийтийн довтолгоонд оролцох боломжийг олгосон.
АНУ-д пьезоэлектрик төхөөрөмж, материалыг хөгжүүлснээр хэд хэдэн компанийг бизнест байлгаж, кварцын талстыг хөгжүүлэх нь арилжааны зориулалтаар ашиглагдаж байв. Пьезоэлектрик материалыг эмнэлгийн дүрслэл, хэт авианы цэвэрлэгээ гэх мэт олон төрлийн хэрэглээнд ашиглаж байна.
Хэт авианы цорго жолоодох
Пьезо цахилгаан нь болор, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг зарим хатуу материалд хуримтлагддаг цахилгаан цэнэг юм. Энэ нь хэрэглэсэн механик стресст үзүүлэх хариу үйлдэл бөгөөд "шахах" буюу "дарах" гэсэн утгатай грек "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "хув" гэсэн утгатай "электрон" гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материалын механик ба цахилгаан төлөв хоорондын шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэл юм. Энэ нь урвуу процесс бөгөөд пьезоэлектрик эффектийг харуулсан материалууд нь урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Үүний нэг жишээ бол хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд бөгөөд тэдгээрийн статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Үүний эсрэгээр, гаднах цахилгаан орон ашиглах үед талстууд нь статик хэмжээсээ өөрчилдөг бөгөөд үүний үр дүнд хэт авианы долгион үүсэх урвуу пьезоэлектрик эффект үүсдэг.
Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар 1880 онд пьезо цахилгааныг нээсэн бөгөөд тэр цагаас хойш дуу чимээ гаргах, илрүүлэх зэрэг олон төрлийн хэрэгцээтэй хэрэглээнд ашиглагдаж байна. Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур болон бусад зүйлд хий асаах оч үүсгэх гэх мэт өдөр тутмын хэрэглээг олдог.
Температурын өөрчлөлтийн хариуд цахилгаан потенциал үүсгэдэг материал болох пироэлектрик эффектийг Карл Линней, Франц Аэпинус нар судалж, 18-р зууны дунд үед Рене Хай, Антуан Сезар Беккерел нар механик стресс болон механик стрессийн хоорондын хамаарлыг тодорхойлсон мэдлэгийг зурсан. цахилгаан цэнэг. Үүнийг батлах туршилтууд үр дүнгүй байв.
Шотландын Антерийн музейн Кюри нөхөн олговорт байрлах пьезо болорыг харах нь ах дүү Пьер, Жак Кюри нарын шууд пьезоэлектрик эффектийн үзүүлбэр юм. Пироцахилгаан гүйдлийн талаарх мэдлэгээ нэгтгэж, үндсэн болор бүтцийг ойлгох нь пироэлектрикийн таамаглалыг бий болгож, болорын төлөв байдлыг урьдчилан таамаглах боломжийг олгосон. Үүнийг турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр харуулсан. Натри, калийн тартрат тетрагидрат, кварц нь мөн пьезоэлектрик шинж чанартай байсан бөгөөд деформацийн үед хүчдэл үүсгэхийн тулд пьезоэлектрик дискийг ашигласан. Үүнийг Кюри нар 1881 онд Габриэль Липпман термодинамикийн үндсэн зарчмуудаас математикийн аргаар гаргаж авсан урвуу пьезоэлектрик эффектийг урьдчилан таамаглахад ихээхэн хэтрүүлсэн юм.
Кюри нар урвуу эффект байгааг нэн даруй баталж, пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн эргэлт буцалтгүй байдлын тоон нотолгоог олж авав. Хэдэн арван жилийн турш пьезо цахилгаан нь лабораторийн сониуч зан байсаар ирсэн боловч Пьер, Мари Кюри нар пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох ажилд полони, радийг нээхэд чухал хэрэгсэл байв. Энэ нь Вольдемар Войгтын "Лербух дер Кристаллфизик" (Болор физикийн сурах бичиг) номыг хэвлүүлснээр пьезо цахилгаантай байгалийн болор ангиудыг дүрсэлж, тензорын шинжилгээгээр пьезоэлектрик тогтмолыг нарийн тодорхойлсон.
Пьезоэлектрик төхөөрөмжүүдийн практик хэрэглээ нь дэлхийн XNUMX-р дайны үед бүтээгдсэн sonar-аас эхэлсэн. Францад Пол Лангевин болон түүний хамтрагчид шумбагч онгоцны хэт авианы мэдрэгч бүтээжээ. Илрүүлэгч нь өндөр давтамжийн импульс гаргасны дараа буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэхийн тулд гидрофон гэж нэрлэгддэг ган хавтан дээр сайтар наасан нимгэн кварцын талстаар хийсэн хувиргагчаас бүрдсэн байв. Объектоос үсэрч буй дууны долгионы цуурайг сонсоход шаардагдах хугацааг хэмжсэнээр тэд объектын зайг тооцоолж чадна. Сонар дахь пьезо цахилгааныг ийнхүү ашиглах нь амжилттай болсон бөгөөд уг төсөл нь пьезоэлектрик төхөөрөмжийг олон арван жилийн турш эрчимтэй хөгжүүлж, сонирхлыг бий болгосон.
Шинэ пьезоэлектрик материалууд болон эдгээр материалын шинэ хэрэглээг судалж, хөгжүүлж, пьезоэлектрик төхөөрөмжүүд нь керамик фонографын хайрцаг гэх мэт салбарт олдсон нь тоглуулагчийн дизайныг хялбарчилж, засвар үйлчилгээ хийхэд хямд, бүтээхэд хялбар, хямд, илүү нарийвчлалтай пянз тоглуулагчтай болгосон. . Хэт авианы хувиргагчийг хөгжүүлснээр шингэн ба хатуу бодисын зуурамтгай чанар, уян хатан чанарыг хялбархан хэмжих боломжийг олгосон нь материалын судалгаанд асар их ахиц дэвшил авчирсан. Хэт авианы цагийн долгионы тусгал хэмжигч нь материалаар дамжуулан хэт авианы импульс илгээж, цутгамал металл болон чулуун объектын доторх согогийг олохын тулд тусгал, тасалдлыг хэмждэг.
Хэт нарийн төвлөрөх оптик угсралт
Пьезо цахилгаан гэдэг нь зарим материалын механик стресст өртөх үед цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадвар юм. Энэ нь урвуу тэгш хэмтэй талст материалын цахилгаан ба механик төлөв хоорондын шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэл юм. Пьезо цахилгаан нь урвуу процесс бөгөөд пьезо цахилгааныг харуулсан материалууд нь урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм.
Пьезо цахилгааныг дуу чимээ гаргах, илрүүлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх зэрэг олон төрлийн хэрэглээнд ашигласан. Пьезо цахилгааныг бэхэн хэвлэлт, цагны генератор, электрон төхөөрөмж, микробаланс, хөтөч хэт авианы хушуу, хэт нарийн фокустай оптик угсралтад ашигладаг.
Пьезо цахилгааныг 1880 онд Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар нээжээ. Пьезоэлектрик эффектийг дуу чимээ гаргах, илрүүлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх гэх мэт ашигтай хэрэглээнд ашигладаг. Пьезоэлектрик бэхэн хэвлэхээс гадна цагны генератор, электрон төхөөрөмж, микробаланс, хөтөч хэт авианы цорго, хэт нарийн фокустай оптик угсралтыг ашигладаг.
Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур, температурын өөрчлөлтөд цахилгаан үүсгэх хүчин чадал бүхий пироэлектрик нөлөө бүхий материалд хийн гал асаах оч үүсгэх зэрэг өдөр тутмын хэрэглээнд нэвтэрч байна. Энэ нөлөөг 18-р зууны дундуур Карл Линней, Франц Аэпинус нар судалж, механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хоорондын хамаарлыг тодорхойлсон Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт үндэслэн судалжээ. Туршилтууд үр дүнгүй болсон.
Шотландын Антерийн музейн Кюри нөхөн олговорт байрлах пьезо болорыг харах нь ах дүү Пьер, Жак Кюри нарын шууд пьезоэлектрик эффектийн үзүүлбэр юм. Пироцахилгаан гүйдлийн талаархи мэдлэг, үндсэн болор бүтцийн талаархи ойлголттойгоо хослуулан тэд пиро цахилгааныг урьдчилан таамаглах, болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах чадварыг бий болгосон. Үүнийг турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр харуулсан.
Натри, калийн тартрат тетрагидрат, кварц, Рошелийн давс нь пьезо цахилгааныг харуулсан бөгөөд хэлбэр өөрчлөгдөх нь хэт их байсан ч хэв гажилтын үед хүчдэл үүсгэхийн тулд пьезоэлектрик дискийг ашигласан. Кюри нар урвуу пьезоэлектрик эффектийг урьдчилан таамаглаж, 1881 онд Габриэль Липпман термодинамикийн үндсэн зарчмуудаас урвуу эффектийг математикийн аргаар гаргаж авсан. Кюри нар урвуу эффект байгааг тэр даруй баталж, цахилгааны бүрэн урвуу байдлын тоон нотолгоог олж авав. пьезоэлектрик талст дахь эласто-механик хэв гажилт.
Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээх чухал хэрэгсэл болох хүртлээ пьезо цахилгаан нь хэдэн арван жилийн турш лабораторийн сониуч зан хэвээр байв. Тэдний пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох ажил нь Волдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) хэвлэгдсэнээр өндөрлөв. Энэ нь пьезоэлектрикийн чадвартай байгалийн болор ангиудыг тайлбарлаж, пьезоэлектрик төхөөрөмжийг практикт ашиглахын тулд тензорын шинжилгээг ашиглан пьезоэлектрик тогтмолыг нарийн тодорхойлсон.
Сонарыг хөгжүүлэх нь пьезоэлектрик төхөөрөмжийн эрчимтэй хөгжил, сонирхлыг бий болгосон амжилттай төсөл байв. Хэдэн арван жилийн дараа шинэ пьезоэлектрик материалууд болон эдгээр материалын шинэ хэрэглээг судалж, боловсруулсан. Пьезоэлектрик төхөөрөмжүүд нь керамик фонографын хайрцаг зэрэг төрөл бүрийн салбарт байшинг олсон нь тоглуулагчийн дизайныг хялбарчилж, пянз тоглуулагчийг хямд, засвар үйлчилгээ, бүтээхэд хялбар болгосон. Хэт авианы хувиргагчийг хөгжүүлснээр шингэн ба хатуу бодисын зуурамтгай чанар, уян хатан чанарыг хялбархан хэмжих боломжийг олгосон нь материалын судалгаанд асар их ахиц дэвшил авчирсан. Хэт авианы цагийн долгионы тусгал хэмжигч нь материал руу хэт авианы импульс илгээж, цутгамал металл болон чулуун объектын доторх согогийг илрүүлэхийн тулд тусгал, тасалдлыг хэмжиж, бүтцийн аюулгүй байдлыг сайжруулдаг.
Пьезоэлектрикийн ашиг сонирхлын салбарын эхлэлийг пьезоэлектрик материал болгон арилжааны зориулалтаар ашиглаж байсан кварцын талстуудаас боловсруулсан шинэ материалын ашигтай патентаар баталгаажуулсан. Эрдэмтэд илүү өндөр гүйцэтгэлтэй материалыг хайж байсан бөгөөд материалын хөгжил дэвшил, үйлдвэрлэлийн процесс боловсорч гүйцсэн ч АНУ-ын зах зээл тийм ч хурдан өсөөгүй. Үүний эсрэгээр, Японы үйлдвэрлэгчид мэдээлэл хурдан хуваалцаж, АНУ-ын пьезоэлектрик үйлдвэрлэлийн өсөлтийн шинэ хэрэглээ нь Японы үйлдвэрлэгчдээс ялгаатай байв.
Пьезоэлектрик мотор
Энэ хэсэгт би пьезо цахилгааныг орчин үеийн технологид хэрхэн ашигладаг талаар ярих болно. Атомын масштабаар дүрсийг шийдэж чаддаг сканнерийн микроскопоос эхлээд электроноор олшруулсан гитар, орчин үеийн электрон бөмбөрт зориулсан триггер хүртэл пьезо цахилгаан нь олон төхөөрөмжийн салшгүй хэсэг болсон. Би пьезо цахилгааны түүх, түүнийг янз бүрийн хэрэглээнд хэрхэн ашиглаж байсныг судлах болно.
Маягт Сканнерийн датчик микроскопын үндэс
Пьезо цахилгаан нь талст, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг зарим хатуу материалд хуримтлагддаг цахилгаан цэнэг юм. Энэ нь хэрэглэсэн механик стрессийн хариу үйлдэл бөгөөд пьезо цахилгаан гэдэг үг нь "шахах" буюу "дарах" гэсэн утгатай грек үг πιέζειν (пьезеин) ба цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох ἤλεκτρον (ēlektron) гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик мотор нь хөдөлгөөн үүсгэхийн тулд пьезоэлектрик эффект ашигладаг төхөөрөмж юм. Энэ нөлөө нь урвуу тэгш хэмтэй талст материал дахь механик ба цахилгаан төлөвүүдийн шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэл юм. Энэ нь урвуу процесс бөгөөд пьезоэлектрик нөлөө үзүүлж буй материалууд мөн урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Хэмжих боломжтой пьезо цахилгаан үүсгэдэг материалын жишээ бол хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд юм.
Пьезоэлектрик эффектийг дуу гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цаг үүсгэгч, микро тэнцвэржүүлэгч, хэт нарийн фокустай оптик угсралтад зориулсан хэт авианы хушуу зэрэг электрон төхөөрөмжүүд зэрэг ашигтай хэрэглээнд ашигладаг. Энэ нь мөн атомын масштабаар дүрсийг шийдвэрлэхэд ашигладаг сканнерийн микроскопуудын үндэс болдог.
Пьезо цахилгааныг 1880 онд Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар нээжээ. Пьезо болор ба Кюри компенсаторын дүр төрхийг Шотландын Хантерийн музейгээс үзэх боломжтой бөгөөд энэ нь ах дүү Пьер, Жак Кюри нарын шууд пьезоэлектрик эффектийн үзүүлбэр юм.
Пироцахилгаан гүйдлийн талаарх мэдлэг, үндсэн талст бүтцийн талаарх ойлголтыг нэгтгэснээр пирог цахилгааныг урьдчилан таамаглах болсон бөгөөд энэ нь болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах боломжийг олгосон юм. Турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр үүнийг харуулсан. Натри, калийн тартрат тетрагидрат, кварц, Рошелийн давс нь пьезо цахилгаантай байсан бөгөөд деформацид орсон үед хүчдэл үүсгэхийн тулд пьезоэлектрик дискийг ашигласан боловч Кюри үүнийг хэтрүүлсэн.
Тэд мөн урвуу пьезоэлектрик эффектийг урьдчилан таамагласан бөгөөд үүнийг 1881 онд Габриэль Липпман термодинамикийн үндсэн зарчмуудаас математикийн аргаар гаргаж авсан. Кюри нар урвуу эффект байгааг даруй баталж, цахилгаан уян харимхай эффектийн бүрэн урвуу байдлын тоон нотолгоог олж авав. пьезоэлектрик талст дахь механик хэв гажилт.
Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээх чухал хэрэгсэл болох хүртлээ пьезо цахилгаан нь хэдэн арван жилийн турш лабораторийн сониуч зан хэвээр байв. Пьезоцахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох тэдний ажил нь пьезоцахилгаан үүсгэх чадвартай байгалийн болор ангиудыг дүрсэлсэн, пьезоэлектрикийн шинжилгээ болон тензорын тогтмолыг нарийн тодорхойлсон Волдемар Войгтын "Лербух дер Кристаллфизик" (Болор физикийн сурах бичиг) номыг хэвлүүлснээр өндөрлөв.
Энэ нь дэлхийн XNUMX-р дайны үед бүтээгдсэн sonar гэх мэт пьезоэлектрик төхөөрөмжийг практикт ашиглахад хүргэсэн. Францад Пол Лангевин болон түүний хамтрагчид шумбагч онгоцны хэт авианы мэдрэгч бүтээжээ. Энэхүү детектор нь ган хавтан дээр сайтар наасан нимгэн кварцын талстаар хийсэн хувиргагч ба хувиргагчаас өндөр давтамжийн импульс гаргасны дараа буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэх гидрофоноос бүрдсэн байв. Объектоос үсэрч буй дууны долгионы цуурайг сонсоход шаардагдах хугацааг хэмжсэнээр тэд объектын зайг тооцоолох боломжтой болсон. Тэд энэхүү дууны аппаратыг амжилттай болгохын тулд пьезо цахилгаан ашигласан бөгөөд уг төсөл нь пьезоэлектрик төхөөрөмжийг олон арван жилийн турш эрчимтэй хөгжүүлж, сонирхлыг бий болгосон.
Шинэ пьезоэлектрик материалууд болон эдгээр материалын шинэ хэрэглээг судалж, хөгжүүлж, пьезоэлектрик төхөөрөмжүүд нь керамик фонографын хайрцаг зэрэг олон салбарт орон сууц олж авсан нь тоглуулагчийн дизайныг хялбарчилж, засвар үйлчилгээ хийхэд хямд, илүү нарийвчлалтай пянз тоглуулагчдыг бий болгосон. барих. Хэт авианы хувиргагчийг хөгжүүлснээр шингэн ба хатуу бодисын зуурамтгай чанар, уян хатан чанарыг хялбархан хэмжих боломжийг олгосон нь материалын судалгаанд асар их ахиц дэвшил авчирсан. Хэт авианы цагийн долгионы тусгал хэмжигч нь материал руу хэт авианы импульс илгээж, цутгамал металл болон чулуун объектын доторх согогийг илрүүлэхийн тулд тусгал, тасалдлыг хэмжиж, бүтцийн аюулгүй байдлыг сайжруулдаг.
Дэлхийн XNUMX-р дайны үед Нэгдсэн дэх бие даасан судалгааны бүлгүүд
Зургийг атомын масштабаар шийдвэрлэх
Пьезо цахилгаан нь болор, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг зарим хатуу материалд хуримтлагддаг цахилгаан цэнэг юм. Энэ нь хэрэглэсэн механик стресст үзүүлэх хариу үйлдэл бөгөөд шахах, дарах гэсэн утгатай "пьезеин" гэсэн грек үгнээс гаралтай. Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материал дахь механик ба цахилгаан төлөвүүдийн шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг.
Пьезоэлектрик нь урвуу процесс бөгөөд пьезоэлектрик эффектийг харуулсан материалууд нь урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Үүний жишээнд хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд ордог бөгөөд тэдгээрийн статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Үүний эсрэгээр талстууд нь гадны цахилгаан орон үйлчлэх үед статик хэмжээсээ өөрчилдөг бөгөөд үүнийг урвуу пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэдэг бөгөөд хэт авианы долгион үүсгэхэд ашигладаг.
Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар 1880 онд пьезо цахилгааныг нээсэн. Пьезоэлектрик эффектийг дуу авиа гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цаг үүсгэгч, электрон төхөөрөмж гэх мэт олон төрлийн ашигтай хэрэглээнд ашигласан. microbalances болон хөтөч хэт авианы хушуу. Энэ нь мөн атомын масштабаар дүрсийг шийдвэрлэхэд ашигладаг сканнерийн микроскопуудын үндэс болдог.
Пьезо цахилгааныг хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур болон бусад зүйлд хий асаах оч үүсгэх гэх мэт өдөр тутмын хэрэглээнд мөн ашигладаг. Температурын өөрчлөлтөд цахилгаан потенциал үүсгэдэг материал болох пироэлектрик эффектийг 18-р зууны дунд үед Карл Линней, Франц Аэпинус нар судалжээ. Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэг дээр үндэслэн тэд механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хоорондын хамаарлыг тогтоосон боловч тэдний туршилт үр дүнд хүрээгүй байна.
Глазго дахь Анчдын музейд зочилсон хүмүүс ах дүү Пьер, Жак Кюри нарын шууд пьезоэлектрик эффектийг харуулсан пьезо болор Кюри компенсаторыг үзэх боломжтой. Пироцахилгаан гүйдлийн талаархи мэдлэг, үндсэн болор бүтцийн талаархи ойлголттойгоо хослуулан тэд пироэлектрикийн таамаглалыг бий болгож, болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах чадварыг бий болгосон. Турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр үүнийг харуулсан. Натри, калийн тартрат тетрагидрат, кварц, Рошелийн давс нь пьезо цахилгааныг харуулсан бөгөөд пьезоэлектрик диск нь хэв гажилтын үед хүчдэл үүсгэдэг, гэхдээ хэлбэрийн өөрчлөлт нь хэтрүүлсэн байдаг. Кюри нар урвуу пьезоэлектрик эффектийг урьдчилан таамаглах боломжтой байсан бөгөөд эсрэгээр эффектийг 1881 онд Габриэль Липпман термодинамикийн үндсэн зарчмуудаас математикийн аргаар гаргаж авсан.
Кюри нар урвуу эффект байгааг нэн даруй баталж, пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн эргэлт буцалтгүй байдлын тоон нотолгоог олж авав. Хэдэн арван жилийн турш пьезо цахилгаан нь лабораторийн сониуч зан байсаар ирсэн боловч Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээхэд чухал хэрэгсэл байв. Тэдний пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох ажил нь Вольдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) хэвлэгдсэнээр өндөрлөв.
Пикапууд электроноор өсгөсөн гитарууд
Пьезоэлектрик мотор нь цахилгаан энергийг механик энерги болгон хувиргахад пьезоэлектрик эффект ашигладаг цахилгаан мотор юм. Пьезоэлектрик эффект гэдэг нь зарим материалын механик стресст өртөх үед цахилгаан цэнэг үүсгэх чадвар юм. Пьезо цахилгаан моторыг цаг, цаг гэх мэт жижиг төхөөрөмжүүдийг тэжээхээс эхлээд робот, эмнэлгийн тоног төхөөрөмж гэх мэт том машинуудыг тэжээх хүртэл янз бүрийн хэрэглээнд ашигладаг.
Пьезоэлектрик моторыг электрон олшруулсан гитаруудад ашигладаг. Эдгээр пикапууд нь гитарын утаснуудын чичиргээг цахилгаан дохио болгон хувиргахад пьезоэлектрик эффект ашигладаг. Дараа нь энэ дохиог өсгөж, гитарын дууг үүсгэдэг өсгөгч рүү илгээдэг. Пьезоэлектрик пикапыг орчин үеийн электрон бөмбөрт ашигладаг бөгөөд бөмбөрийн толгойн чичиргээг илрүүлж, цахилгаан дохио болгон хувиргахад ашигладаг.
Пьезоэлектрик моторыг сканнердах датчик микроскопод мөн ашигладаг бөгөөд пьезоэлектрик эффектийг ашиглан жижиг датчикийг гадаргуу дээгүүр хөдөлгөдөг. Энэ нь микроскопоор атомын масштабтай зургийг шийдвэрлэх боломжийг олгодог. Пьезоэлектрик моторыг бэхэн принтерүүдэд бас ашигладаг бөгөөд тэдгээр нь хэвлэх толгойг хуудсан дээр нааш цааш хөдөлгөхөд ашиглагддаг.
Пьезоэлектрик моторыг эмнэлгийн төхөөрөмж, автомашины эд анги, хэрэглээний цахилгаан хэрэгсэл зэрэг төрөл бүрийн хэрэглээнд ашигладаг. Эдгээр нь нарийн эд анги үйлдвэрлэх, нарийн төвөгтэй эд ангиудыг угсрах зэрэг үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд ашиглагддаг. Пьезоэлектрик эффектийг эмнэлгийн дүрслэл, материалын согогийг илрүүлэхэд ашигладаг хэт авианы долгион үйлдвэрлэхэд ашигладаг.
Ерөнхийдөө пьезоэлектрик мотор нь жижиг төхөөрөмжүүдийг тэжээхээс эхлээд том машинуудыг тэжээх хүртэл өргөн хүрээний хэрэглээнд ашиглагддаг. Эдгээрийг электрон олшруулсан гитар, орчин үеийн электрон бөмбөр, сканнерийн микроскоп, бэхэн принтер, эмнэлгийн хэрэгсэл, автомашины эд анги, хэрэглээний цахилгаан хэрэгсэлд ашигладаг. Пьезоэлектрик эффектийг хэт авианы долгион үүсгэх, материалын согогийг илрүүлэхэд ашигладаг.
Орчин үеийн электрон бөмбөрийг өдөөдөг
Пьезо цахилгаан нь болор, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг зарим хатуу материалд хуримтлагддаг цахилгаан цэнэг юм. Энэ нь эдгээр материалын механик стресст үзүүлэх хариу үйлдэл юм. Пьезоэлектрик гэдэг үг нь "шахах, дарах" гэсэн утгатай грек "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "хув" гэсэн утгатай "электрон" гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик мотор нь хөдөлгөөн үүсгэхийн тулд пьезоэлектрик эффект ашигладаг төхөөрөмж юм. Энэ нөлөө нь урвуу тэгш хэмтэй талст материалын механик ба цахилгаан төлөв хоорондын шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг. Энэ нь урвуу процесс бөгөөд пьезоэлектрик эффектийг харуулсан материалууд нь урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Үүний нэг жишээ бол хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд бөгөөд тэдгээрийн статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Үүний эсрэгээр, гаднах цахилгаан орон ашиглах үед талстууд нь статик хэмжээсээ өөрчилж, хэт авианы долгион үүсгэдэг.
Пьезоэлектрик моторыг өдөр тутмын янз бүрийн хэрэглээнд ашигладаг, тухайлбал:
• Хоол хийх, халаах төхөөрөмжид хийн гал асаах оч үүсгэх
• Бамбар, тамхины асаагуур, пироэлектрик нөлөө бүхий материал
• Температурын өөрчлөлтийн хариуд цахилгаан потенциал үүсгэх
• Дуу чимээ гаргах, илрүүлэх
• Пьезоэлектрик бэхэн хэвлэх
• Өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх
• Цаг үүсгэгч болон электрон төхөөрөмж
• Бичил баланс
• Хэт авианы хушуу болон хэт нарийн фокустай оптик угсралтыг жолоодох
• Сканнерийн датчикийн микроскопын үндэс суурийг бүрдүүлнэ
• Зургийг атомын масштабаар шийдвэрлэх
• Цахилгаанаар өсгөсөн гитаруудыг авна
• Орчин үеийн электрон бөмбөрийг өдөөдөг.
Пьезоэлектрик хувиргагчийн цахилгаан механик загварчлал
Энэ хэсэгт би пьезоэлектрик хувиргагчийн цахилгаан механик загварчлалыг судлах болно. Би пьезо цахилгааныг нээсэн түүх, түүний оршин тогтнохыг нотолсон туршилтууд, пьезоэлектрик төхөөрөмж, материалын хөгжлийг авч үзэх болно. Би мөн Францын физикч Пьер, Жак Кюри, Карл Линней, Франц Аепинус, Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел, Габриэль Липпман, Волдемар Войгт нарын оруулсан хувь нэмрийг хэлэлцэх болно.
Францын физикч Пьер, Жак Кюри нар
Пьезо цахилгаан нь болор, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг тодорхой хатуу материалд цахилгаан цэнэг хуримтлагддаг цахилгаан механик үзэгдэл юм. Энэ цэнэг нь хэрэглэсэн механик стрессийн хариуд үүсдэг. "Пьезо цахилгаан" гэдэг үг нь "шахах, дарах" гэсэн утгатай грек "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "цахилгаан шар" гэсэн утгатай "электрон" гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй материалын механик ба цахилгаан төлөвүүдийн шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг. Энэ нөлөө нь буцаах боломжтой, өөрөөр хэлбэл пьезоэлектрик эффект үзүүлж буй материалууд нь урвуу пьезоэлектрик эффектийг үзүүлдэг бөгөөд хэрэглэсэн цахилгаан талбайн хариуд дотоод механик хүчдэл үүсдэг. Жишээлбэл, хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд нь статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Эсрэгээр, гаднах цахилгаан орон ашиглах үед талстууд нь статик хэмжээсээ өөрчилж, урвуу пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэгддэг процесст хэт авианы долгион үүсгэдэг.
1880 онд Францын физикч Пьер, Жак Кюри нар пьезоэлектрик эффектийг нээсэн бөгөөд тэр цагаас хойш дуу чимээ гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цагны генератор, электроник зэрэг олон төрлийн ашигтай хэрэглээнд ашиглагдаж байна. хэт нарийн фокустай оптик угсралтад зориулсан микро баланс болон хэт авианы хошууг жолоодох зэрэг төхөөрөмжүүд. Энэ нь мөн атомын масштабаар дүрсийг шийдэж чаддаг датчик микроскопыг сканнердах үндэс суурь болдог. Мөн пьезо цахилгааныг электрон олшруулсан гитар, орчин үеийн электрон бөмбөрт зориулсан триггерт ашигладаг.
Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур болон бусад зүйлд хий асаах оч үүсгэх гэх мэт өдөр тутмын хэрэглээг олдог. Температурын өөрчлөлтийн хариуд материал нь цахилгаан потенциал үүсгэдэг пироэлектрик эффектийг 18-р зууны дундуур Карл Линней, Франц Аэпинус нар судалж, Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт тулгуурлан судалжээ. механик стресс ба цахилгаан цэнэг, гэхдээ тэдний туршилт үр дүнгүй байсан.
Пироцахилгаан гүйдлийн талаарх мэдлэгээ үндсэн талст бүтцийн талаарх ойлголттой хослуулснаар Кюричууд пироэлектрикийн таамаглалыг бий болгож, талстуудын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах боломжтой болсон. Үүнийг турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр харуулсан. Натрийн калийн тартрат тетрагидрат ба кварц нь пьезоэлектрик шинж чанартай байв. Пьезоэлектрик диск нь хэв гажилтын үед хүчдэл үүсгэдэг боловч Кюригийн үзүүлбэрт үүнийг хэтрүүлсэн байдаг. Тэд мөн эсрэгээр пьезоэлектрик эффектийг урьдчилан таамаглаж, түүнийг 1881 онд Габриэль Липпманы термодинамикийн үндсэн зарчмуудаас математикийн аргаар гаргаж чадсан.
Кюри нар урвуу эффект байгааг нэн даруй баталж, пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн эргэлт буцалтгүй байдлын тоон нотолгоог олж авав. Дараагийн хэдэн арван жилд пьезо цахилгаан нь Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээхэд чухал хэрэгсэл болох хүртлээ лабораторийн сониуч зүйл хэвээр байв. Тэдний пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох ажил нь Вольдемар Фойгтын "Лербух дер Кристаллфизик" (Болор физикийн сурах бичиг) хэвлэгдсэнээр өндөрлөв.
Туршилтууд үр дүнгүй болох нь батлагдсан
Пьезо цахилгаан гэдэг нь болор, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг тодорхой хатуу материалд цахилгаан цэнэг хуримтлагддаг цахилгаан механик үзэгдэл юм. Энэ нь хэрэглэсэн механик стрессийн хариу үйлдэл бөгөөд "пьезоэлектрик" гэдэг үг нь "шахах, дарах" гэсэн утгатай грек хэлний "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "хув" гэсэн утгатай "ēlektron" гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материалын механик ба цахилгаан төлөв хоорондын шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг. Энэ нь буцах боломжтой үйл явц юм; Пьезоэлектрик эффектийг харуулсан материалууд нь мөн урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Жишээлбэл, хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд нь статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Эсрэгээр, хэт авианы долгион үүсгэхэд ашигладаг урвуу пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэгддэг гаднах цахилгаан талбайг ашиглах үед талстууд статик хэмжээсээ өөрчилж болно.
Францын физикч Пьер, Жак Кюри нар 1880 онд пьезо цахилгааныг нээсэн. Тэр цагаас хойш дуу чимээ гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цаг үүсгэгч, микро баланс гэх мэт электрон төхөөрөмжүүд зэрэг олон төрлийн ашигтай хэрэглээнд ашиглагдаж байна. , хэт авианы хошууг жолоодох, хэт нарийн төвлөрөх оптик угсралт. Энэ нь мөн атомын масштабаар дүрсийг шийдэж чаддаг сканнерийн микроскопуудын үндэс болдог. Пьезо цахилгааныг мөн электрон олшруулсан гитарын пикапуудад, орчин үеийн электрон бөмбөрний триггерүүдэд ашигладаг.
Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур болон бусад зүйлд хийн гал асаах оч үүсгэх өдөр тутмын хэрэглээг олдог. Температурын өөрчлөлтийн хариуд материал нь цахилгаан потенциал үүсгэдэг пироэлектрик эффектийг 18-р зууны дундуур Карл Линней, Франц Аэпинус нар харилцаа холбоо тогтоосон Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт үндэслэн судалжээ. механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хооронд. Туршилтууд үр дүнгүй болсон.
Пироцахилгаан гүйдлийн талаархи мэдлэг, үндсэн болор бүтцийн талаархи ойлголт нь пиро цахилгааныг урьдчилан таамаглах, талстуудын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах чадварыг бий болгосон. Үүнийг турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр харуулсан. Натрийн калийн тартрат тетрахидрат ба кварц нь мөн пьезоэлектрик шинж чанартай байсан бөгөөд деформацийн үед хүчдэл үүсгэхийн тулд пьезоэлектрик дискийг ашигласан. Энэ нь шууд пьезоэлектрик эффектийн тухай Кюригийн үзүүлбэрт ихээхэн хэтрүүлсэн байв.
Ах дүү Пьер, Жак Кюри нар урвуу пьезоэлектрик эффектийг урьдчилан таамаглаж, эсрэг нөлөөг 1881 онд Габриэль Липпман термодинамикийн үндсэн зарчмуудаас математикийн аргаар гаргаж авсан. Кюри нар урвуу эффект байгааг даруй баталж, бүрэн гүйцэд болохын тоон нотолгоог олж авав. пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын урвуу байдал.
Хэдэн арван жилийн турш пьезо цахилгаан нь лабораторийн сониуч зан байсаар ирсэн боловч Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээхэд чухал хэрэгсэл байв. Тэдний пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох ажил нь Волдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) хэвлэгдсэнээр өндөрлөв. Энэ нь пьезоэлектрик чадвартай байгалийн болор ангиудыг тайлбарлаж, тензорын шинжилгээг ашиглан пьезоэлектрик тогтмолыг нарийн тодорхойлсон. Энэ нь пьезо цахилгаан хувиргагчийг практикт ашигласан анхны хэрэглээ байсан бөгөөд дэлхийн XNUMX-р дайны үед сонар бүтээгдсэн. Францад Пол Лангевин ба түүний хамтрагчид хэт авианы шумбагч онгоцны илрүүлэгчийг зохион бүтээжээ.
Карл Линней, Франц Аепинус нар
Пьезо цахилгаан нь болор, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг тодорхой хатуу материалд цахилгаан цэнэг хуримтлагддаг цахилгаан механик үзэгдэл юм. Энэ цэнэг нь хэрэглэсэн механик стрессийн хариуд үүсдэг. Пьезо цахилгаан гэдэг үг нь "шахах, дарах" гэсэн утгатай πιέζειν (piezein) болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "хув" гэсэн утгатай ἤλεκτρον (ēlektron) гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материалын механик ба цахилгаан төлөв хоорондын шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг. Энэ нөлөө нь буцах боломжтой, өөрөөр хэлбэл пьезо цахилгаантай материалууд нь урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайн үр дүнд үүссэн механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт юм. Жишээлбэл, хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд нь статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Эсрэгээр талстууд нь хэт авианы долгион үүсгэхэд ашиглагддаг урвуу пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэгддэг гаднах цахилгаан орон ашиглах үед статик хэмжээсээ өөрчилж чаддаг.
1880 онд Францын физикч Жак, Пьер Кюри нар пьезоэлектрик эффектийг нээсэн бөгөөд тэр цагаас хойш дуу чимээ гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цагны генератор, электрон төхөөрөмж, микро тэнцвэржүүлэх зэрэг олон хэрэгцээтэй хэрэглээнд ашиглагдаж байна. , хэт авианы хошууг жолоодох, хэт нарийн төвлөрөх оптик угсралт. Энэ нь мөн атомын масштабын зургийг шийдвэрлэхэд ашигладаг датчик микроскопыг сканнердах үндэс суурь болдог. Мөн пьезо цахилгааныг электрон олшруулсан гитар, орчин үеийн электрон бөмбөрт зориулсан триггерт ашигладаг.
Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур зэрэгт хийн гал асаах оч үүсгэх, температурын өөрчлөлтийн хариуд материал цахилгаан потенциал үүсгэдэг пироэлектрик эффект гэх мэт өдөр тутмын хэрэглээнд бас байдаг. Энэ нөлөөг Карл Линней, Франц Аэпинус нар 18-р зууны дунд үед судалж, механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хоорондын хамаарлыг тогтоосон Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэг дээр үндэслэн хийсэн боловч тэдний туршилт үр дүнгүй байсан.
Шотландын Антерийн музейн Кюри компенсатор дахь пьезо болорыг харах нь ах дүү Пьер, Жак Кюри нарын шууд пьезоэлектрик эффектийн үзүүлбэр юм. Пироцахилгаан гүйдлийн талаархи мэдлэгээ үндсэн болор бүтцийн талаархи ойлголттой хослуулсан нь пироэлектрикийг урьдчилан таамаглах, болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах чадварыг бий болгосон. Турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр үүнийг харуулсан. Рошелийн давсны натрийн калийн тартрат тетрахидрат ба кварц нь пьезо цахилгааныг харуулсан ба пьезоэлектрик диск нь хэв гажилтын үед хүчдэл үүсгэдэг боловч Кюригийн үзүүлбэрт үүнийг хэтрүүлсэн байна.
Эсрэг пьезоэлектрик эффектийн таамаглал ба термодинамикийн үндсэн зарчмуудаас математикийн хасалтыг 1881 онд Габриэль Липпман хийсэн. Кюри нар урвуу эффект байгааг даруй баталж, цахилгаан эласто-эластоэлектрик эффектийн бүрэн урвуу байдлын тоон нотолгоог олж авав. пьезоэлектрик талст дахь механик хэв гажилт. Хэдэн арван жилийн турш пьезо цахилгаан нь лабораторийн сониуч зан байсаар ирсэн бөгөөд энэ нь Пьер, Мари Кюри нар полони ба радийг нээхэд чухал хэрэгсэл болж, пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлоход ашигласан. Энэ нь Вольдемар Войгтын "Лербух дер Кристаллфизик" (Болор физикийн сурах бичиг) номыг хэвлүүлснээр пьезо цахилгаантай байгалийн болор ангиудыг дүрсэлж, тензорын шинжилгээ ашиглан пьезоэлектрик тогтмолыг нарийн тодорхойлсон.
Пьезо цахилгаан хувиргагчийг практикт ашиглах нь Дэлхийн XNUMX-р дайны үед дууны аппаратыг хөгжүүлэхэд хүргэсэн. Францад Пол Лангевин ба түүний хамтран ажиллагсад хэт авианы шумбагч онгоцны илрүүлэгч зохион бүтээжээ. Илрүүлэгч нь ган хавтан дээр сайтар наасан нимгэн кварцын талстаар хийсэн хувиргагч, хувиргагчаас өндөр давтамжийн импульс гаргасны дараа буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэх гидрофоноос бүрдсэн байв. Объектоос үсэрч буй дууны долгионы цуурайг сонсоход шаардагдах хугацааг хэмжсэнээр тэд объектын зайг тооцоолох боломжтой болсон. Тэд энэхүү дууны аппаратыг амжилттай болгохын тулд пьезо цахилгаан ашигласан бөгөөд уг төсөл нь пьезоэлектрик төхөөрөмжийг эрчимтэй хөгжүүлж, сонирхлыг бий болгосон.
Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нар
Пьезо цахилгаан гэдэг нь тодорхой хатуу материал, тухайлбал болор, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодисууд механик нөлөөллийн хариуд цахилгаан цэнэг хуримтлуулах үед үүсдэг цахилгаан механик үзэгдэл юм. Пьезоэлектрик гэдэг нь "шахах, дарах" гэсэн утгатай грек "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "хув" гэсэн утгатай "электрон" гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материал дахь механик ба цахилгаан төлөвүүдийн шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг. Энэ нөлөө нь буцах боломжтой, өөрөөр хэлбэл пьезоэлектрик эффект үзүүлж буй материалууд нь мөн урвуу пьезоэлектрик эффект буюу хэрэглэсэн цахилгаан талбайн нөлөөгөөр механик хүчдэл үүсгэдэг. Жишээлбэл, хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд нь статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Үүний эсрэгээр талстууд нь гаднах цахилгаан орон ашиглах үед статик хэмжээсээ өөрчилж, урвуу пьезоэлектрик нөлөө үзүүлж, хэт авианы долгион үүсгэдэг.
Францын физикч Пьер, Жак Кюри нар 1880 онд пьезоэлектрик эффектийг нээсэн. Энэхүү эффектийг дуу авиа гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цаг үүсгэгч, электрон төхөөрөмж зэрэг олон төрлийн хэрэгцээтэй хэрэглээнд ашигласан. microbalances, хөтөч хэт авианы хушуу, хэт нарийн фокустай оптик угсралт гэх мэт. Энэ нь мөн атомын масштабын зургийг шийдвэрлэх боломжтой сканнерийн микроскопуудын үндэс болдог. Пьезо цахилгааныг мөн электрон олшруулсан гитарын пикапуудад, орчин үеийн электрон бөмбөрний триггерүүдэд ашигладаг.
Пьезоэлектрик эффектийг анх 18-р зууны дундуур Карл Линней, Франц Аэпинус нар механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хоорондын хамаарлыг тодорхойлсон Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт үндэслэн судалжээ. Гэсэн хэдий ч туршилтууд үр дүнгүй болсон. Пироцахилгаан гүйдлийн талаархи мэдлэг, үндсэн болор бүтцийн талаархи ойлголттой хослуулан энэ нь пироэлектрикийн таамаглалыг бий болгож, болорын үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах чадварыг бий болгосон. Үүнийг турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр харуулсан. Натрийн калийн тартрат тетрахидрат ба кварц нь мөн пьезоэлектрик шинж чанартай байсан бөгөөд деформацийн үед хүчдэл үүсгэхийн тулд пьезоэлектрик дискийг ашигласан. Энэ нөлөөг Шотландын музейд хийсэн Кюригийн үзүүлбэр дээр маш хэтрүүлсэн бөгөөд шууд пьезоэлектрик эффектийг харуулсан.
Ах дүү Пьер, Жак Кюри нар пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн эргэлт буцалтгүй байдлын тоон нотолгоог олж авав. Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээх чухал хэрэгсэл болох хүртлээ пьезо цахилгаан нь хэдэн арван жилийн турш лабораторийн сониуч зан хэвээр байв. Энэхүү ажил нь пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судалж, тодорхойлсон бөгөөд Вольдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) номыг нийтлэхэд хүрсэн.
Кюри нар урвуу эффект байгаа гэдгийг тэр даруй баталж, урвуу эффектийн термодинамикийн үндсэн зарчмуудыг математикийн аргаар гаргаж авсан. Үүнийг 1881 онд Габриэль Липпман хийсэн. Дараа нь дэлхийн XNUMX-р дайны үед пьезо цахилгааныг дууны аппарат бүтээхэд ашигласан. Францад Пол Лангевин ба түүний хамтран ажиллагчид хэт авианы шумбагч онгоцны илрүүлэгч зохион бүтээжээ. Энэхүү детектор нь ган хавтан дээр сайтар наасан нимгэн кварцын талстаар хийсэн хувиргагч, буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэх гидрофоноос бүрдсэн байв. Хөрвүүлэгчээс өндөр давтамжийн импульс ялгаруулж, объектоос үсрэх дууны долгионы цуурайг сонсоход шаардагдах хугацааг хэмжсэнээр тэд объект хүртэлх зайг тооцоолж чадна.
Пьезоэлектрик талстуудын хэрэглээг Дэлхийн XNUMX-р дайны дараа Bell Telephone Laboratories боловсруулжээ. Фредерик Р.Лак радио телефоны инженерчлэлийн хэлтэст ажиллаж байхдаа янз бүрийн температурт ажиллах боломжтой зүсэгдсэн болор бүтээжээ. Лакийн болор нь өмнөх талстуудын хүнд дагалдах хэрэгсэл хэрэггүй байсан тул онгоцонд ашиглахад хялбар болсон. Энэхүү бүтээн байгуулалт нь холбоотны агаарын хүчинд агаарын тээврийн радио ашиглан зохион байгуулалттай олон нийтийн довтолгоо хийх боломжийг олгосон. АНУ-д пьезоэлектрик төхөөрөмж, материалын хөгжил нь компаниудыг дайны эхэн үеийн хөгжилд түлхэц өгч, шинэ материалын ашигтай патент авах сонирхолыг бий болгосон. Кварцын талстыг пьезоэлектрик материал болгон арилжааны зориулалтаар ашиглаж байсан бөгөөд эрдэмтэд илүү өндөр гүйцэтгэлтэй материалыг хайж байсан. Материалын дэвшил, үйлдвэрлэлийн үйл явц боловсорч гүйцсэн хэдий ч АНУ
Габриэль Липпман
Пьезо цахилгаан гэдэг нь болор, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг тодорхой хатуу материалд цахилгаан цэнэг хуримтлагддаг цахилгаан механик үзэгдэл юм. Энэ нь урвуу тэгш хэмтэй материал дахь механик ба цахилгаан төлөвүүдийн харилцан үйлчлэлийн үр дүн юм. Пьезо цахилгааныг анх 1880 онд Францын физикч Пьер, Жак Кюри нар нээжээ.
Пьезо цахилгааныг дуу чимээ гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх зэрэг олон төрлийн ашигтай хэрэглээнд ашигладаг. Пьезо цахилгаан гэдэг нь "шахах, дарах" гэсэн утгатай πιέζειν (piezein) болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "хув" гэсэн утгатай ἤλεκτρον (ēlektron) гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффект нь буцаах боломжтой бөгөөд энэ нь пьезоэлектрикийг харуулсан материалууд нь мөн урвуу пьезоэлектрик эффектийг харуулдаг бөгөөд энэ нь цахилгаан талбайн ашиглалтын үр дүнд дотоод механик хүчдэл үүсдэг. Жишээлбэл, хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд нь статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Эсрэгээр, талстууд нь гадны цахилгаан орон хэрэглэх үед статик хэмжээсээ өөрчилж чаддаг бөгөөд энэ процессыг урвуу пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэдэг. Энэ процессыг хэт авианы долгион үүсгэхэд ашиглаж болно.
Пьезоэлектрик эффектийг 18-р зууны дунд үеэс Карл Линней, Франц Аэпинус нар Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт үндэслэн механик стресс ба цахилгаан цэнэгийн хоорондын хамаарлыг тогтоосноос хойш судалж эхэлсэн. Гэсэн хэдий ч туршилтууд үр дүнгүй болсон. Пироцахилгаан гүйдлийн талаархи мэдлэг, үндсэн болор бүтцийн талаархи ойлголт нь пироэлектрикийн тухай таамаглалыг бий болгосны дараа л судлаачид болоруудын төлөв байдлыг урьдчилан таамаглах боломжтой болсон. Турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошель давс зэрэг талстуудын нөлөөгөөр үүнийг харуулсан.
Габриэль Липпман 1881 онд урвуу пьезоэлектрик эффектийн үндсэн термодинамик зарчмуудыг математикийн аргаар гаргажээ. Кюри нар урвуу эффект байгааг нэн даруй баталж, пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн эргэлт буцалтгүй байдлын тоон нотолгоог олж авав.
Пьер, Мари Кюри нарын полони, радийг нээх чухал хэрэгсэл болох хүртлээ пьезо цахилгаан нь хэдэн арван жилийн турш лабораторийн сониуч зан хэвээр байв. Тэдний пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлох ажил нь Волдемар Войгтын Лербух дер Кристаллфизик (Болор физикийн сурах бичиг) хэвлэгдсэнээр өндөрлөв. Энэ нь пьезо цахилгаантай байгалийн болор ангиудыг тодорхойлж, пьезоэлектрик тогтмолыг тензорын шинжилгээгээр нарийн тодорхойлсон.
Пьезоэлектрик төхөөрөмжүүдийн практик хэрэглээ нь Дэлхийн XNUMX-р дайны үед дууны аппаратыг хөгжүүлснээр эхэлсэн. Пол Лангевин болон түүний хамтрагчид хэт авианы шумбагч онгоцны илрүүлэгчийг зохион бүтээжээ. Энэхүү детектор нь ган хавтан дээр сайтар наасан нимгэн кварцын талстаар хийсэн хувиргагч, буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэх гидрофоноос бүрдсэн байв. Хөрвүүлэгчээс өндөр давтамжийн импульс ялгаруулж, объектоос үсэрч буй дууны долгионы цуурайг сонсоход шаардагдах хугацааг хэмжсэнээр тэд объект хүртэлх зайг тооцоолох боломжтой болсон. Энэхүү пьезо цахилгааныг дууны төхөөрөмжид ашиглах нь амжилттай болж, төсөл нь пьезоэлектрик төхөөрөмжүүдийг хөгжүүлэх сонирхолыг бий болгосон. Олон арван жилийн туршид шинэ пьезоэлектрик материалууд болон эдгээр материалын шинэ хэрэглээг судалж, боловсруулсан. Пьезоэлектрик төхөөрөмжүүд нь тоглуулагчийн дизайныг хялбаршуулж, хямд, үнэн зөв пянз тоглуулагчийг засварлахад хямд, бүтээхэд хялбар болгосон керамик фонографын хайрцагнаас эхлээд шингэний зуурамтгай чанар, уян хатан чанарыг хялбархан хэмжих боломжийг олгодог хэт авианы хувиргагчийг хөгжүүлэх хүртэл олон төрлийн байшинг олсон. болон хатуу биетүүдийн үр дүнд материалын судалгаанд асар их ахиц дэвшил гарсан. Хэт авианы цагийн долгионы тусгал хэмжигч нь материал руу хэт авианы импульс илгээж, цутгамал металл болон чулуун объектын доторх согогийг илрүүлэхийн тулд тусгал, тасалдлыг хэмжиж, бүтцийн аюулгүй байдлыг сайжруулдаг.
Дэлхийн XNUMX-р дайны дараа АНУ, Орос, Японы бие даасан судалгааны бүлгүүд байгалийн материалаас арав дахин өндөр пьезоэлектрик тогтмолыг харуулсан ферроэлектрик хэмээх шинэ төрлийн синтетик материалыг олж илрүүлжээ. Энэ нь барийн титанат, дараа нь хар тугалганы цирконатын титанат, тодорхой хэрэглээнд зориулсан тусгай шинж чанартай материалыг боловсруулах эрчимтэй судалгааг хийхэд хүргэсэн. Пьезоэлектрик талстыг ашиглах чухал жишээг боловсруулсан
Волдемар Войт
Пьезо цахилгаан гэдэг нь болор, керамик, яс, ДНХ зэрэг биологийн бодис зэрэг тодорхой хатуу материалд цахилгаан цэнэг хуримтлагддаг цахилгаан механик үзэгдэл юм. Энэ цэнэг нь хэрэглэсэн механик стрессийн хариуд үүсдэг. Пьезоэлектрик гэдэг үг нь "шахах, дарах" гэсэн утгатай грек "piezein" болон цахилгаан цэнэгийн эртний эх үүсвэр болох "хув" гэсэн утгатай "электрон" гэсэн үгнээс гаралтай.
Пьезоэлектрик эффект нь урвуу тэгш хэмтэй талст материалын механик ба цахилгаан төлөв хоорондын шугаман цахилгаан механик харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг. Энэ нөлөө нь буцаах боломжтой, өөрөөр хэлбэл пьезо цахилгаантай материалууд нь мөн урвуу пьезоэлектрик нөлөө үзүүлдэг бөгөөд хэрэглэсэн цахилгаан талбайн нөлөөгөөр механик хүчдэлийн дотоод үүсэлт үүсдэг. Жишээлбэл, хар тугалганы цирконатын титанатын талстууд нь статик бүтэц нь анхны хэмжээсээсээ гажсан үед хэмжигдэхүйц пьезо цахилгаан үүсгэдэг. Эсрэгээр талстууд нь гадны цахилгаан орон хэрэглэх үед статик хэмжээсээ өөрчилж чаддаг бөгөөд энэ үзэгдэл нь хэт авианы долгион үүсгэхэд ашиглагддаг урвуу пьезоэлектрик эффект гэж нэрлэгддэг үзэгдэл юм.
Францын физикч Пьер, Жак Кюри нар 1880 онд пьезо цахилгааныг нээсэн. Тэр цагаас хойш пьезоэлектрик эффектийг дуу авиа гаргах, илрүүлэх, пьезо цахилгаан бэхэн хэвлэх, өндөр хүчдэлийн цахилгаан үйлдвэрлэх, цагны генератор, электрон төхөөрөмж зэрэг олон төрлийн ашигтай хэрэглээнд ашигласан. оптик угсралтын хэт нарийн анхаарал төвлөрүүлэхийн тулд микро баланс болон хэт авианы хошууг жолоодох гэх мэт. Энэ нь мөн атомын масштабаар дүрсийг шийдэж чаддаг сканнерийн микроскопуудын үндэс болдог. Нэмж дурдахад электрон олшруулсан гитар дахь пикапууд болон орчин үеийн электрон бөмбөр дэх триггерүүд пьезоэлектрик эффектийг ашигладаг.
Пьезо цахилгаан нь хоол хийх, халаах төхөөрөмж, бамбар, тамхины асаагуур болон бусад зүйлд хийн гал асаах оч үүсгэх өдөр тутмын хэрэглээг олдог. Температурын өөрчлөлтөд материал нь цахилгаан потенциал үүсгэдэг пироэлектрик эффектийг 18-р зууны дунд үед Карл Линней, Франц Аэпинус нар механик хоорондын хамаарлыг тодорхойлсон Рене Хауи, Антуан Сезар Беккерел нарын мэдлэгт үндэслэн судалжээ. стресс ба цахилгаан цэнэг. Энэ харилцааг нотлох туршилтууд үр дүнд хүрээгүй.
Шотландын Антерийн музейн Кюри компенсатор дахь пьезо болорыг харах нь ах дүү Пьер, Жак Кюри нарын шууд пьезоэлектрик эффектийн үзүүлбэр юм. Пироцахилгаан гүйдлийн талаарх мэдлэгээ үндсэн талст бүтцийн талаарх ойлголттой хослуулснаар турмалин, кварц, молор, нишингийн элсэн чихэр, Рошелийн давс зэрэг талстуудын нөлөөнд үзүүлсэн болорын төлөв байдлыг урьдчилан таамаглах боломжийг олгосон пироэлектрикийн тухай таамаглал дэвшүүлсэн. . Натри, калийн тартрат тетрагидрат, кварц нь мөн пьезоэлектрик шинж чанартай байсан бөгөөд деформацийн үед хүчдэл үүсгэхийн тулд пьезоэлектрик дискийг ашигласан. Хэлбэрийн энэхүү өөрчлөлтийг Кюригийн үзүүлбэрт ихээхэн хэтрүүлсэн бөгөөд тэд эсрэгээр пьезоэлектрик эффектийг урьдчилан таамаглаж байв. Эсрэг нөлөөг 1881 онд Габриэль Липпман термодинамикийн үндсэн зарчмуудаас математикийн аргаар гаргаж авсан.
Кюри нар урвуу эффект байгааг нэн даруй баталж, пьезоэлектрик талст дахь цахилгаан-эласто-механик хэв гажилтын бүрэн эргэлт буцалтгүй байдлын тоон нотолгоог олж авав. Дараагийн хэдэн арван жилд пьезо цахилгаан нь лабораторийн сониуч зан хэвээр үлдэж, Пьер Мари Кюри полони ба радийг нээхэд чухал хэрэгсэл болж, пьезо цахилгааныг харуулсан болор бүтцийг судлах, тодорхойлоход ашигласан. Энэ нь Вольдемар Войгтын "Лербух дер Кристаллфизик" (Болор физикийн сурах бичиг) номыг хэвлүүлснээр пьезо цахилгаантай байгалийн болор ангиудыг дүрсэлж, тензорын шинжилгээ ашиглан пьезоэлектрик тогтмолыг нарийн тодорхойлсон.
Энэ нь дэлхийн XNUMX-р дайны үед бүтээгдсэн sonar гэх мэт пьезоэлектрик төхөөрөмжийг практикт ашиглахад хүргэсэн. Францад Пол Лангевин болон түүний хамтрагчид шумбагч онгоцны хэт авианы мэдрэгч бүтээжээ. Энэхүү детектор нь ган хавтан дээр сайтар наасан нимгэн кварцын талстаар хийсэн хувиргагч ба хувиргагчаас өндөр давтамжийн импульс гаргасны дараа буцаж ирсэн цуурайг илрүүлэх гидрофоноос бүрдсэн байв. Объектоос үсэрч буй дууны долгионы цуурайг сонсоход шаардагдах хугацааг хэмжсэнээр тэд объект хүртэлх зайг тооцоолж чадна. Тэд энэхүү сонарыг амжилттай болгохын тулд пьезо цахилгаан ашигласан бөгөөд төсөл нь эрчимтэй хөгжиж, сонирхлыг бий болгосон.
Чухал харилцаа
- Пьезоэлектрик идэвхжүүлэгч: Пьезоэлектрик идэвхжүүлэгч нь цахилгаан энергийг механик хөдөлгөөн болгон хувиргадаг төхөөрөмж юм. Тэдгээрийг робот техник, эмнэлгийн төхөөрөмж болон хөдөлгөөнийг нарийн хянах шаардлагатай бусад хэрэглээнд ихэвчлэн ашигладаг.
- Пьезоэлектрик мэдрэгч: Пьезоэлектрик мэдрэгч нь даралт, хурдатгал, чичиргээ зэрэг физик үзүүлэлтүүдийг хэмжихэд ашиглагддаг. Тэдгээрийг ихэвчлэн үйлдвэрлэлийн болон эмнэлгийн хэрэглээ, түүнчлэн хэрэглээний цахилгаан хэрэгсэлд ашигладаг.
- Байгаль дахь пьезо цахилгаан: Пьезо цахилгаан нь тодорхой материалд байдаг байгалийн үзэгдэл бөгөөд олон амьд организмд байдаг. Үүнийг зарим организмууд хүрээлэн буй орчноо мэдрэх, бусад организмтай харилцахад ашигладаг.
Дүгнэлт
Пьезо цахилгаан нь дууны аппаратаас эхлээд фонографын хайрцаг хүртэл төрөл бүрийн хэрэглээнд ашиглагдаж ирсэн гайхалтай үзэгдэл юм. Үүнийг 1800-аад оны дунд үеэс судалж эхэлсэн бөгөөд орчин үеийн технологийн хөгжилд ихээхэн нөлөө үзүүлсэн. Энэхүү блог нийтлэл нь пьезо цахилгааны түүх, хэрэглээг судалж, орчин үеийн технологийн хөгжилд энэ үзэгдлийн ач холбогдлыг онцолсон болно. Пьезоэлектрикийн талаар илүү ихийг мэдэхийг сонирхож буй хүмүүсийн хувьд энэ нийтлэл нь маш сайн эхлэл юм.
Би Joost Nusselder, Neaera-г үүсгэн байгуулагч, контент маркетер, аав, миний хүсэл тэмүүллийн гол цөм болох гитартай шинэ тоног төхөөрөмж туршиж үзэх дуртай бөгөөд багийнхаа хамт 2020 оноос хойш блогийн дэлгэрэнгүй нийтлэлүүдийг бүтээж байна. үнэнч уншигчдад бичлэг хийх, гитарын зөвлөгөө өгөхөд туслах.
