Piezoelektrik: Panduan Komprehensif untuk Memahami Mekanik dan Aplikasinya

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk menjana elektrik apabila tertakluk kepada tekanan mekanikal dan sebaliknya. Perkataan itu berasal dari bahasa Yunani piezo yang bermaksud tekanan, dan elektrik. Ia pertama kali ditemui pada tahun 1880, tetapi konsep itu telah diketahui sejak sekian lama.

Contoh piezoelektrik yang paling terkenal ialah kuarza, tetapi banyak bahan lain juga mempamerkan fenomena ini. Penggunaan piezoelektrik yang paling biasa ialah pengeluaran ultrasound.

Dalam artikel ini, saya akan membincangkan apa itu piezoelektrik, cara ia berfungsi, dan beberapa daripada banyak aplikasi praktikal fenomena yang menakjubkan ini.

Apakah piezoelektrik?

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk menghasilkan cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Ia adalah interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik dalam bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Bahan piezoelektrik boleh digunakan untuk menjana elektrik voltan tinggi, penjana jam, peranti elektronik, pengimbangan mikro, memacu muncung ultrasonik, dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus.

Bahan piezoelektrik termasuk kristal, seramik tertentu, bahan biologi seperti tulang dan DNA, dan protein. Apabila daya dikenakan pada bahan piezoelektrik, ia menghasilkan cas elektrik. Caj ini kemudiannya boleh digunakan untuk menghidupkan peranti atau mencipta voltan.

Bahan piezoelektrik digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk:
• Pengeluaran dan pengesanan bunyi
• Pencetakan inkjet piezoelektrik
• Penjanaan elektrik voltan tinggi
• Penjana jam
• Peranti elektronik
• Imbangan mikro
• Memandu muncung ultrasonik
• Pemasangan optik pemfokusan ultrahalus
• Pickup untuk gitar yang dikuatkan secara elektronik
• Pencetus untuk dram elektronik moden
• Penghasilan percikan api untuk menyalakan gas
• Peranti memasak dan pemanasan
• Obor dan pemetik api rokok.

Apakah sejarah piezoelektrik?

Piezoelektrik ditemui pada tahun 1880 oleh ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie. Ia adalah cas elektrik yang terkumpul dalam bahan pepejal tertentu, seperti kristal, seramik dan bahan biologi, sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Perkataan 'piezoelektrik' berasal daripada perkataan Yunani 'piezein', bermaksud 'memerah' atau 'tekan', dan 'elektron', bermaksud 'ambar', sumber cas elektrik purba.

Kesan piezoelektrik terhasil daripada interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Ia adalah proses boleh balik, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik songsang, yang merupakan penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan.

Pengetahuan gabungan Curies tentang piroelektrik dan pemahaman tentang struktur kristal yang mendasari menimbulkan ramalan piroelektrik dan keupayaan untuk meramal kelakuan kristal. Ini ditunjukkan dalam kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu dan garam Rochelle.

The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan sebaliknya, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik. Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal sehingga ia menjadi alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie.

Piezoelektrik telah dieksploitasi untuk banyak aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, pencetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam dan peranti elektronik, pengimbangan mikro, muncung ultrasonik pemacu, pemfokusan ultrahalus pemasangan optik, dan bentuk asas pengimbasan mikroskop probe untuk menyelesaikan imej pada skala atom.

Piezoelektrik juga menemui kegunaan harian, seperti menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, obor, pemetik api rokok, dan kesan piroelektrik, di mana bahan menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu.

Perkembangan sonar semasa Perang Dunia I menyaksikan penggunaan kristal piezoelektrik yang dibangunkan oleh Bell Telephone Laboratories. Ini membolehkan tentera udara Bersekutu terlibat dalam serangan besar-besaran yang diselaraskan menggunakan radio penerbangan. Perkembangan peranti dan bahan piezoelektrik di Amerika Syarikat mengekalkan syarikat dalam pembangunan permulaan perang dalam bidang kepentingan, mendapatkan paten yang menguntungkan untuk bahan baharu.

Jepun melihat aplikasi baru dan pertumbuhan industri piezoelektrik Amerika Syarikat dan dengan cepat membangunkan mereka sendiri. Mereka berkongsi maklumat dengan cepat dan membangunkan bahan barium titanat dan kemudiannya plumbum zirkonat titanat dengan sifat khusus untuk aplikasi tertentu.

Piezoelektrik telah berjalan jauh sejak penemuannya pada tahun 1880, dan kini digunakan dalam pelbagai aplikasi harian. Ia juga telah digunakan untuk membuat kemajuan dalam penyelidikan bahan, seperti reflectometer domain masa ultrasonik, yang menghantar nadi ultrasonik melalui bahan untuk mengukur pantulan dan ketakselanjaran untuk mencari kecacatan di dalam objek logam tuang dan batu, meningkatkan keselamatan struktur.

Bagaimana Piezoelektrik Berfungsi

Dalam bahagian ini, saya akan meneroka cara piezoelektrik berfungsi. Saya akan melihat pengumpulan cas elektrik dalam pepejal, interaksi elektromekanikal linear, dan proses boleh balik yang membentuk fenomena ini. Saya juga akan membincangkan sejarah piezoelektrik dan aplikasinya.

Pengumpulan Caj Elektrik dalam Pepejal

Piezoelektrik ialah cas elektrik yang terkumpul dalam bahan pepejal tertentu, seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Ia adalah tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan, dan namanya berasal daripada perkataan Yunani "piezein" (picit atau tekan) dan "ēlektron" (ambar).

Kesan piezoelektrik terhasil daripada interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik dalam bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Ia adalah proses boleh balik, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik songsang, di mana penjanaan dalaman terikan mekanikal terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contoh bahan yang menjana piezoelektrik yang boleh diukur termasuk hablur titanat zirkonat plumbum.

Ahli fizik Perancis, Pierre dan Jacques Curie menemui piezoelektrik pada tahun 1880. Sejak itu, ia telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, percetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam dan peranti elektronik seperti pengimbangan mikro. dan memacu muncung ultrasonik untuk pemfokusan ultrahalus pemasangan optik. Ia juga membentuk asas pengimbasan mikroskop probe, yang boleh menyelesaikan imej pada skala atom. Piezoelektrik juga digunakan dalam pikap untuk gitar yang dikuatkan secara elektronik, dan pencetus untuk dram elektronik moden.

Piezoelektrik mencari kegunaan harian dalam menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas, dalam memasak dan peranti pemanasan, obor, pemetik api rokok, dan kesan piroelektrik, di mana bahan menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu. Ini telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan daripada René Haüy dan Antoine César Becquerel, yang menyatakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik. Eksperimen terbukti tidak konklusif.

Pandangan kristal piezo dalam pemampas Curie di Muzium Hunterian di Scotland adalah demonstrasi kesan piezoelektrik langsung. Saudara-saudara Pierre dan Jacques Curie menggabungkan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dengan pemahaman tentang struktur kristal yang mendasari, yang menimbulkan ramalan piroelektrik. Mereka dapat meramalkan tingkah laku kristal dan menunjukkan kesan dalam kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza juga mempamerkan piezoelektrik. Cakera piezoelektrik menjana voltan apabila cacat, dan perubahan dalam bentuk sangat dibesar-besarkan dalam demonstrasi Curies.

Mereka dapat meramalkan kesan piezoelektrik songsang, dan kesan sebaliknya telah disimpulkan secara matematik oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881. The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan songsang, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap elektro-elasto- ubah bentuk mekanikal dalam kristal piezoelektrik.

Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal, tetapi ia merupakan alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal), yang menerangkan kelas kristal semula jadi yang mampu piezoelektrik dan mentakrifkan pemalar piezoelektrik dengan teliti melalui analisis tensor. Ini adalah aplikasi praktikal peranti piezoelektrik, dan sonar telah dibangunkan semasa Perang Dunia I. Di Perancis, Paul Langevin dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik.

Pengesan terdiri daripada a transduser diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dan hidrofon untuk mengesan gema yang dikembalikan. Dengan memancarkan tinggi kekerapan nadi daripada transduser dan mengukur masa yang diperlukan untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek, mereka dapat mengira jarak ke objek. Mereka menggunakan piezoelektrik untuk menjayakan sonar, dan projek itu mencipta pembangunan dan minat yang sengit dalam peranti piezoelektrik. Selama beberapa dekad, bahan piezoelektrik baharu dan aplikasi baharu untuk bahan tersebut telah diterokai dan dibangunkan, dan peranti piezoelektrik menemui rumah dalam pelbagai bidang. Kartrij fonograf seramik memudahkan reka bentuk pemain dan dibuat untuk pemain rekod yang murah dan tepat yang lebih murah untuk diselenggara dan lebih mudah untuk dibina.

Pembangunan transduser ultrasonik membolehkan pengukuran mudah kelikatan dan keanjalan cecair dan pepejal, menghasilkan kemajuan besar dalam penyelidikan bahan.

Interaksi Elektromekanikal Linear

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk menghasilkan cas elektrik apabila tertakluk kepada tekanan mekanikal. Perkataan ini berasal daripada perkataan Yunani πιέζειν (piezein) yang bermaksud "memerah atau menekan" dan ἤλεκτρον (ēlektron) bermaksud "ambar", yang merupakan sumber cas elektrik purba.

Piezoelektrik ditemui pada tahun 1880 oleh ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie. Ia berdasarkan interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Kesan ini boleh diterbalikkan, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik songsang, di mana penjanaan dalaman terikan mekanikal terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contoh bahan yang menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila berubah bentuk daripada struktur statiknya termasuk hablur titanat zirkonat plumbum. Sebaliknya, kristal boleh menukar dimensi statiknya apabila medan elektrik luaran digunakan, yang dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang dan digunakan dalam penghasilan gelombang ultrasound.

Piezoelektrik telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, seperti:

• Pengeluaran dan pengesanan bunyi
• Pencetakan inkjet piezoelektrik
• Penjanaan elektrik voltan tinggi
• Penjana jam
• Peranti elektronik
• Imbangan mikro
• Memandu muncung ultrasonik
• Pemasangan optik pemfokusan ultrahalus
• Membentuk asas pengimbasan mikroskop probe untuk menyelesaikan imej pada skala atom
• Pickup dalam gitar yang dikuatkan secara elektronik
• Pencetus dalam dram elektronik moden
• Menjana percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan
• Obor dan pemetik api rokok

Piezoelektrik juga menemui kegunaan harian dalam kesan piroelektrik, yang merupakan bahan yang menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu. Ini telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan daripada René Haüy dan Antoine César Becquerel, yang menyatakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik. Walau bagaimanapun, eksperimen terbukti tidak konklusif.

Melihat kristal piezo dalam pemampas Curie di Muzium Hunterian di Scotland adalah demonstrasi kesan piezoelektrik langsung. Ia adalah kerja saudara Pierre dan Jacques Curie yang meneroka dan menentukan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik, yang memuncak dalam penerbitan Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal) Woldemar Voigt. Ini menerangkan kelas kristal semula jadi yang berkeupayaan piezoelektrik dan dengan ketat menentukan pemalar piezoelektrik melalui analisis tensor, yang membawa kepada aplikasi praktikal peranti piezoelektrik.

Sonar telah dibangunkan semasa Perang Dunia I, apabila Paul Langevin dari Perancis dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik. Pengesan ini terdiri daripada transduser yang diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dan hidrofon untuk mengesan gema yang dikembalikan selepas memancarkan nadi frekuensi tinggi daripada transduser. Dengan mengukur masa yang diperlukan untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek, mereka dapat mengira jarak objek, menggunakan piezoelektrik. Kejayaan projek ini mencipta pembangunan dan minat yang sengit dalam peranti piezoelektrik selama beberapa dekad, dengan bahan piezoelektrik baharu dan aplikasi baharu untuk bahan ini diterokai dan dibangunkan. Peranti piezoelektrik menemui rumah dalam banyak bidang, seperti kartrij fonograf seramik, yang memudahkan reka bentuk pemain dan dibuat untuk pemain rekod yang lebih murah dan tepat, serta lebih murah dan mudah untuk dibina dan diselenggara.

Pembangunan transduser ultrasonik membolehkan pengukuran mudah kelikatan dan keanjalan cecair dan pepejal, menghasilkan kemajuan besar dalam penyelidikan bahan. Reflektorometer domain masa ultrasonik menghantar nadi ultrasonik ke dalam bahan dan mengukur pantulan dan ketakselanjaran untuk mencari kecacatan di dalam objek logam tuangan dan batu, meningkatkan keselamatan struktur. Selepas Perang Dunia II, kumpulan penyelidikan bebas di Amerika Syarikat, Rusia, dan Jepun menemui kelas bahan sintetik baharu yang dipanggil ferroelektrik, yang mempamerkan pemalar piezoelektrik berkali-kali lebih tinggi daripada bahan semula jadi. Ini membawa kepada penyelidikan yang sengit untuk membangunkan barium titanat, dan kemudiannya plumbum zirkonat titanat, bahan dengan sifat khusus untuk aplikasi tertentu.

Contoh penting penggunaan kristal piezoelektrik telah dibangunkan oleh Bell Telephone Laboratories selepas Perang Dunia II. Frederick R. Lack, bekerja di jabatan kejuruteraan telefon radio,

Proses Boleh Balik

Piezoelektrik ialah cas elektrik yang terkumpul dalam bahan pepejal tertentu, seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Ia adalah tindak balas bahan ini terhadap tekanan mekanikal yang dikenakan. Perkataan 'piezoelektrik' berasal daripada perkataan Yunani 'piezein' bermaksud 'memerah' atau 'tekan' dan 'ēlektron' bermaksud 'ambar', sumber cas elektrik purba.

Kesan piezoelektrik terhasil daripada interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Ia adalah proses boleh balik, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik songsang, yang merupakan penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contoh bahan yang menjana piezoelektrik yang boleh diukur termasuk hablur titanat zirkonat plumbum. Apabila struktur statik kristal ini berubah bentuk, ia kembali ke dimensi asalnya, dan sebaliknya, apabila medan elektrik luaran digunakan, ia menukar dimensi statiknya, menghasilkan gelombang ultrasound.

Ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie menemui piezoelektrik pada tahun 1880. Sejak itu ia telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, percetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam, peranti elektronik, pengimbangan mikro, memacu muncung ultrasonik, dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus. Ia juga membentuk asas untuk mengimbas mikroskop probe, yang boleh menyelesaikan imej pada skala atom. Piezoelektrik juga digunakan dalam pikap untuk gitar yang dikuatkan secara elektronik dan pencetus untuk dram elektronik moden.

Piezoelektrik juga mencari kegunaan harian, seperti menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, obor, pemetik api dan banyak lagi. Kesan piroelektrik, di mana bahan menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu, telah dikaji oleh Carl Linnaeus, Franz Aepinus, dan René Haüy pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan tentang ambar. Antoine César Becquerel menyatakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik, tetapi eksperimen terbukti tidak dapat disimpulkan.

Pelawat ke Muzium Hunterian di Glasgow boleh melihat Piezo Crystal Curie Compensator, demonstrasi kesan piezoelektrik langsung oleh saudara Pierre dan Jacques Curie. Menggabungkan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dengan pemahaman tentang struktur kristal asas menimbulkan ramalan piroelektrik dan keupayaan untuk meramal kelakuan kristal. Ini ditunjukkan dengan kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium dan potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza juga mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik digunakan untuk menjana voltan apabila cacat. Perubahan bentuk ini telah dibesar-besarkan oleh Curies untuk meramalkan kesan piezoelektrik sebaliknya. Kesan sebaliknya telah disimpulkan secara matematik daripada prinsip termodinamik asas oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881.

The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan sebaliknya, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik. Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal, tetapi ia merupakan alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal). Ini menerangkan kelas kristal semula jadi yang mampu piezoelektrik dan dengan ketat menentukan pemalar piezoelektrik menggunakan analisis tensor.

Aplikasi praktikal peranti piezoelektrik, seperti sonar, telah dibangunkan semasa Perang Dunia I. Di Perancis, Paul Langevin dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik. Pengesan ini terdiri daripada transduser yang diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dan hidrofon untuk mengesan gema yang dikembalikan. Dengan memancarkan nadi frekuensi tinggi dari transduser dan mengukur masa yang diperlukan untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek, mereka dapat mengira jarak objek. Mereka menggunakan piezoelektrik untuk menjayakan sonar ini. Projek ini mencipta pembangunan dan minat yang sengit dalam peranti piezoelektrik, dan selama beberapa dekad bahan piezoelektrik baharu dan aplikasi baharu untuk bahan ini telah diterokai dan dibangunkan. Peranti piezoelektrik

Apa yang Menyebabkan Piezoelektrik?

Dalam bahagian ini, saya akan meneroka asal usul piezoelektrik dan pelbagai bahan yang mempamerkan fenomena ini. Saya akan melihat perkataan Greek 'piezein', sumber cas elektrik purba, dan kesan piroelektrik. Saya juga akan membincangkan penemuan Pierre dan Jacques Curie dan pembangunan peranti piezoelektrik pada abad ke-20.

Perkataan Yunani Piezein

Piezoelektrik ialah pengumpulan cas elektrik dalam bahan pepejal tertentu, seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Ia disebabkan oleh tindak balas bahan ini terhadap tekanan mekanikal yang dikenakan. Perkataan piezoelektrik berasal daripada perkataan Yunani "piezein", yang bermaksud "memerah atau menekan", dan "ēlektron", yang bermaksud "ambar", sumber cas elektrik purba.

Kesan piezoelektrik terhasil daripada interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Ia adalah proses boleh balik, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik terbalik, yang merupakan penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contohnya, kristal titanat zirkonat plumbum menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, kristal boleh menukar dimensi statiknya apabila medan elektrik luaran digunakan, yang dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang dan merupakan penghasilan gelombang ultrasound.

Ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie menemui piezoelektrik pada tahun 1880. Kesan piezoelektrik telah dieksploitasi untuk banyak aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, pencetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam dan peranti elektronik seperti imbangan mikro. , memacu muncung ultrasonik, dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus. Ia juga membentuk asas pengimbasan mikroskop probe, yang boleh menyelesaikan imej pada skala atom. Piezoelektrik juga digunakan dalam pikap untuk gitar yang dikuatkan secara elektronik dan pencetus untuk dram elektronik moden.

Piezoelektrik mencari kegunaan harian, seperti menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, obor, pemetik api rokok dan banyak lagi. Kesan piroelektrik, yang merupakan penjanaan potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu, telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan René Haüy dan Antoine César Becquerel, yang menyatakan hubungan antara tegasan mekanikal dan cas elektrik. Eksperimen terbukti tidak konklusif.

Di muzium di Scotland, pelawat boleh melihat pemampas Curie kristal piezo, demonstrasi kesan piezoelektrik langsung oleh saudara Pierre dan Jacques Curie. Menggabungkan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dengan pemahaman tentang struktur kristal yang mendasari menimbulkan ramalan piroelektrik dan keupayaan untuk meramalkan kelakuan kristal. Ini ditunjukkan oleh kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza daripada garam Rochelle mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik menjana voltan apabila cacat. Perubahan bentuk ini sangat dibesar-besarkan dalam demonstrasi Curies.

The Curies terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik. Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal sehingga ia menjadi alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal). Ini menerangkan kelas kristal semula jadi yang mampu piezoelektrik dan dengan ketat menentukan pemalar piezoelektrik melalui analisis tensor.

Aplikasi praktikal piezoelektrik ini membawa kepada pembangunan sonar semasa Perang Dunia I. Di Perancis, Paul Langevin dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik. Pengesan terdiri daripada transduser yang diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dipanggil hidrofon, untuk mengesan gema yang dikembalikan selepas memancarkan nadi frekuensi tinggi. Transduser mengukur masa yang diambil untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek untuk mengira jarak objek. Penggunaan piezoelektrik dalam sonar adalah satu kejayaan, dan projek itu mencipta pembangunan dan minat yang sengit dalam peranti piezoelektrik selama beberapa dekad.

Bahan piezoelektrik baharu dan aplikasi baharu untuk bahan ini telah diterokai dan dibangunkan, dan peranti piezoelektrik menemui rumah dalam banyak bidang, seperti kartrij fonograf seramik, yang memudahkan reka bentuk pemain dan dibuat untuk pemain rekod yang lebih murah, lebih tepat yang lebih murah untuk diselenggara dan lebih mudah. bina. Pembangunan

Sumber Purba Caj Elektrik

Piezoelektrik ialah cas elektrik yang terkumpul dalam bahan pepejal tertentu, seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Ia disebabkan oleh tindak balas bahan terhadap tekanan mekanikal yang dikenakan. Perkataan 'piezoelektrik' berasal daripada perkataan Yunani 'piezein', yang bermaksud 'memerah atau menekan', dan perkataan 'elektron', yang bermaksud 'ambar', sumber cas elektrik purba.

Kesan piezoelektrik terhasil daripada interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Ia adalah proses boleh balik, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik terbalik, yang merupakan penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contohnya, kristal titanat zirkonat plumbum menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, apabila medan elektrik luaran digunakan, kristal menukar dimensi statiknya dalam kesan piezoelektrik songsang, menghasilkan gelombang ultrasound.

Kesan piezoelektrik ditemui pada tahun 1880 oleh ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie. Ia dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, pencetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam dan peranti elektronik seperti pengimbangan mikro dan muncung ultrasonik pemacu untuk pemfokusan ultrahalus pemasangan optik. Ia juga membentuk asas untuk mengimbas mikroskop probe, yang digunakan untuk menyelesaikan imej pada skala atom. Piezoelektrik juga digunakan dalam pikap untuk gitar yang dikuatkan secara elektronik dan pencetus untuk dram elektronik moden.

Piezoelektrik mencari kegunaan harian dalam menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, obor, pemetik api dan banyak lagi. Kesan piroelektrik, yang merupakan penghasilan potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu, telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan René Haüy dan Antoine César Becquerel yang menyatakan hubungan antara mekanikal tekanan dan cas elektrik. Walau bagaimanapun, eksperimen mereka terbukti tidak dapat disimpulkan.

Pemandangan kristal piezo dan pemampas Curie di Muzium Hunterian di Scotland menunjukkan kesan piezoelektrik langsung. Ia adalah kerja saudara Pierre dan Jacques Curie yang meneroka dan menentukan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik, yang memuncak dalam penerbitan Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal) Woldemar Voigt. Ini menerangkan kelas kristal semula jadi yang berkeupayaan piezoelektrik dan dengan ketat mentakrifkan pemalar piezoelektrik melalui analisis tensor, membolehkan aplikasi praktikal peranti piezoelektrik.

Sonar telah dibangunkan semasa Perang Dunia I oleh Paul Langevin dari Perancis dan rakan sekerjanya, yang membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik. Pengesan terdiri daripada transduser yang diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dan hidrofon untuk mengesan gema yang dikembalikan. Dengan memancarkan nadi frekuensi tinggi dari transduser dan mengukur masa yang diperlukan untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek, mereka dapat mengira jarak ke objek. Mereka menggunakan piezoelektrik untuk menjayakan sonar ini. Projek ini mencipta pembangunan dan minat yang sengit dalam peranti piezoelektrik selama beberapa dekad.

Piroelektrik

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Ia adalah interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Perkataan "piezoelektrik" berasal daripada perkataan Yunani "piezein", yang bermaksud "memerah atau menekan", dan perkataan Yunani "ēlektron", yang bermaksud "ambar", sumber cas elektrik purba.

Kesan piezoelektrik ditemui oleh ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie pada tahun 1880. Ia adalah proses boleh balik, bermakna bahan yang mempamerkan kesan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik terbalik, iaitu penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contoh bahan yang menjana piezoelektrik yang boleh diukur termasuk hablur titanat zirkonat plumbum. Apabila struktur statik berubah bentuk, ia kembali kepada dimensi asalnya. Sebaliknya, apabila medan elektrik luaran digunakan, kesan piezoelektrik songsang dihasilkan, mengakibatkan penghasilan gelombang ultrasound.

Kesan piezoelektrik dieksploitasi untuk banyak aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, pencetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam dan peranti elektronik seperti pengimbangan mikro, muncung ultrasonik pemacu, dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus. Ia juga merupakan asas untuk mengimbas mikroskop probe, yang digunakan untuk menyelesaikan imej pada skala atom. Piezoelektrik juga digunakan dalam pikap untuk gitar yang dikuatkan secara elektronik, dan pencetus untuk dram elektronik moden.

Piezoelektrik mencari kegunaan harian, seperti menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, obor, pemetik api rokok dan banyak lagi. Kesan piroelektrik, yang merupakan penghasilan potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu, telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan René Haüy dan Antoine César Becquerel, yang telah mengemukakan hubungan antara tegasan mekanikal dan cas elektrik. Walau bagaimanapun, eksperimen terbukti tidak konklusif.

Pemandangan kristal piezo di Muzium Kompensator Curie di Scotland adalah demonstrasi kesan piezoelektrik langsung. Saudara-saudara Pierre dan Jacques Curie menggabungkan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dan pemahaman mereka tentang struktur kristal asas untuk menimbulkan pemahaman tentang piroelektrik dan untuk meramalkan kelakuan kristal. Ini ditunjukkan dalam kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza didapati mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik digunakan untuk menjana voltan apabila cacat. Ini sangat dibesar-besarkan oleh Curies untuk meramalkan kesan piezoelektrik sebaliknya. Kesan sebaliknya telah disimpulkan secara matematik oleh prinsip termodinamik asas oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881.

The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan sebaliknya, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik. Dalam dekad berikutnya, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal sehingga ia menjadi alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal).

Pembangunan sonar berjaya, dan projek itu mencipta pembangunan dan minat yang sengit dalam peranti piezoelektrik. Dalam dekad yang berikutnya, bahan piezoelektrik baharu dan aplikasi baharu untuk bahan ini telah diterokai dan dibangunkan. Peranti piezoelektrik menemui rumah dalam banyak bidang, seperti kartrij fonograf seramik, yang memudahkan reka bentuk pemain dan dibuat untuk pemain rekod yang lebih murah, lebih tepat yang lebih murah untuk diselenggara dan lebih mudah untuk dibina. Pembangunan transduser ultrasonik membolehkan pengukuran mudah kelikatan dan keanjalan cecair dan pepejal, menghasilkan kemajuan besar dalam penyelidikan bahan. Reflektorometer domain masa ultrasonik menghantar nadi ultrasonik ke dalam bahan dan mengukur pantulan dan ketakselanjaran untuk mencari kecacatan di dalam objek logam tuangan dan batu, meningkatkan keselamatan struktur.

Selepas Perang Dunia II, kumpulan penyelidikan bebas di Amerika Syarikat, Rusia, dan Jepun menemui kelas bahan sintetik baharu yang dipanggil ferroelektrik, yang mempamerkan pemalar piezoelektrik yang

Bahan Piezoelektrik

Dalam bahagian ini, saya akan membincangkan bahan yang mempamerkan kesan piezoelektrik, iaitu keupayaan bahan tertentu untuk mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Saya akan melihat kristal, seramik, bahan biologi, tulang, DNA dan protein, dan bagaimana mereka semua bertindak balas terhadap kesan piezoelektrik.

kristal

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Perkataan piezoelektrik berasal daripada perkataan Yunani πιέζειν (piezein) bermaksud 'memerah' atau 'tekan' dan ἤλεκτρον (ēlektron) bermaksud 'ambar', sumber cas elektrik purba. Bahan piezoelektrik termasuk kristal, seramik, bahan biologi, tulang, DNA, dan protein.

Piezoelektrik ialah interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik dalam bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Kesan ini boleh diterbalikkan, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik songsang, iaitu penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contoh bahan yang menjana piezoelektrik boleh diukur termasuk hablur titanat zirkonat plumbum, yang boleh diubah bentuk kepada dimensi asalnya atau sebaliknya, menukar dimensi statiknya apabila medan elektrik luaran digunakan. Ini dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang, dan digunakan untuk menghasilkan gelombang ultrasound.

Ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie menemui piezoelektrik pada tahun 1880. Kesan piezoelektrik telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, percetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam dan peranti elektronik seperti sebagai pengimbangan mikro, pemacu muncung ultrasonik, dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus. Ia juga membentuk asas untuk mengimbas mikroskop probe, yang digunakan untuk menyelesaikan imej pada skala atom. Piezoelektrik pikap juga digunakan dalam gitar yang dikuatkan secara elektronik dan pencetus dalam dram elektronik moden.

Piezoelektrik mencari kegunaan harian dalam menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, serta dalam obor dan pemetik api. Kesan piroelektrik, yang merupakan penjanaan potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu, telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan daripada René Haüy dan Antoine César Becquerel, yang menyatakan hubungan antara mekanikal tekanan dan cas elektrik. Eksperimen untuk membuktikan teori ini tidak dapat disimpulkan.

Pemandangan kristal piezo dalam pemampas Curie di Muzium Hunterian di Scotland adalah demonstrasi kesan piezoelektrik langsung. Saudara-saudara Pierre dan Jacques Curie menggabungkan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dengan pemahaman tentang struktur kristal asas untuk menimbulkan ramalan piroelektrik. Mereka dapat meramalkan tingkah laku kristal dan menunjukkan kesan dalam kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza juga mempamerkan piezoelektrik. Cakera piezoelektrik menjana voltan apabila cacat; perubahan dalam bentuk sangat dibesar-besarkan dalam demonstrasi Curies.

Mereka juga dapat meramalkan kesan piezoelektrik terbalik dan secara matematik menyimpulkan prinsip termodinamik asas di belakangnya. Gabriel Lippmann melakukan ini pada tahun 1881. The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan sebaliknya, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik.

Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal, tetapi ia merupakan alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal), yang menerangkan kelas kristal semula jadi yang mampu piezoelektrik dan mentakrifkan pemalar piezoelektrik dengan teliti menggunakan analisis tensor.

Aplikasi praktikal peranti piezoelektrik dalam sonar telah dibangunkan semasa Perang Dunia I. Di Perancis, Paul Langevin dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik. Pengesan ini terdiri daripada transduser yang diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dipanggil hidrofon, untuk mengesan gema yang dikembalikan selepas memancarkan nadi frekuensi tinggi. Dengan mengukur masa yang diperlukan untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek, mereka dapat mengira jarak ke objek itu. Penggunaan piezoelektrik dalam sonar ini telah berjaya, dan projek itu mencipta perkembangan dan minat yang sengit dalam peranti piezoelektrik selama beberapa dekad.

Ceramics

Bahan piezoelektrik ialah pepejal yang mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tegasan mekanikal yang dikenakan. Piezoelektrik berasal daripada perkataan Yunani πιέζειν (piezein) bermaksud 'memerah' atau 'tekan' dan ἤλεκτρον (ēlektron) bermaksud 'ambar', sumber cas elektrik purba. Bahan piezoelektrik digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, percetakan inkjet piezoelektrik, dan penjanaan elektrik voltan tinggi.

Bahan piezoelektrik ditemui dalam kristal, seramik, bahan biologi, tulang, DNA, dan protein. Seramik adalah bahan piezoelektrik yang paling biasa digunakan dalam aplikasi harian. Seramik diperbuat daripada gabungan oksida logam, seperti plumbum zirkonat titanat (PZT), yang dipanaskan pada suhu tinggi untuk membentuk pepejal. Seramik sangat tahan lama dan boleh menahan suhu dan tekanan yang melampau.

Seramik piezoelektrik mempunyai pelbagai kegunaan, termasuk:

• Menjana percikan api untuk menyalakan gas untuk peralatan memasak dan memanaskan, seperti obor dan pemetik api.
• Menjana gelombang ultrasound untuk pengimejan perubatan.
• Menjana elektrik voltan tinggi untuk penjana jam dan peranti elektronik.
• Menjana imbangan mikro untuk digunakan dalam penimbang ketepatan.
• Memandu muncung ultrasonik untuk pemfokusan ultrahalus pemasangan optik.
• Membentuk asas untuk mengimbas mikroskop probe, yang boleh menyelesaikan imej pada skala atom.
• Pickup untuk gitar yang dikuatkan secara elektronik dan pencetus untuk dram elektronik moden.

Seramik piezoelektrik digunakan dalam pelbagai aplikasi, daripada elektronik pengguna kepada pengimejan perubatan. Ia sangat tahan lama dan boleh menahan suhu dan tekanan yang melampau, menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam pelbagai industri.

Bahan Biologi

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Ia berasal daripada perkataan Greek 'piezein', yang bermaksud 'memerah atau menekan', dan 'ēlektron', bermaksud 'ambar', sumber cas elektrik purba.

Bahan biologi seperti tulang, DNA, dan protein adalah antara bahan yang mempamerkan piezoelektrik. Kesan ini boleh diterbalikkan, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik songsang, iaitu penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contoh bahan ini termasuk hablur titanat zirkonat plumbum, yang menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, apabila medan elektrik luaran digunakan, kristal menukar dimensi statiknya, menghasilkan gelombang ultrasound melalui kesan piezoelektrik songsang.

Penemuan piezoelektrik telah dibuat oleh ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie pada tahun 1880. Sejak itu ia telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, seperti:

• Pengeluaran dan pengesanan bunyi
• Pencetakan inkjet piezoelektrik
• Penjanaan elektrik voltan tinggi
• Penjana jam
• Peranti elektronik
• Imbangan mikro
• Memandu muncung ultrasonik
• Pemasangan optik pemfokusan ultrahalus
• Menjadi asas untuk mengimbas mikroskop probe
• Selesaikan imej pada skala atom
• Pickup dalam gitar yang dikuatkan secara elektronik
• Pencetus dalam dram elektronik moden

Piezoelektrik juga digunakan dalam barangan harian seperti peranti memasak dan pemanasan gas, obor, pemetik api dan banyak lagi. Kesan piroelektrik, iaitu penghasilan potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu, telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18. Berdasarkan pengetahuan René Haüy dan Antoine César Becquerel, mereka menyatakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik, tetapi eksperimen mereka terbukti tidak dapat disimpulkan.

Pemandangan kristal piezo di Curie Compensator di Muzium Hunterian di Scotland adalah demonstrasi kesan piezoelektrik langsung. Saudara-saudara Pierre dan Jacques Curie menggabungkan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dan pemahaman mereka tentang struktur kristal yang mendasari untuk menimbulkan ramalan piroelektrik dan untuk meramalkan kelakuan kristal. Ini ditunjukkan oleh kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium dan potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza juga mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik digunakan untuk menjana voltan apabila cacat. Kesan ini telah dibesar-besarkan oleh Curies untuk meramalkan kesan piezoelektrik sebaliknya. Kesan sebaliknya telah disimpulkan secara matematik daripada prinsip termodinamik asas oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881.

The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan sebaliknya, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik. Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal sehingga ia menjadi alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt 'Lehrbuch der Kristallphysik' (Buku Teks Fizik Kristal).

Tulang

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Tulang adalah salah satu bahan yang mempamerkan fenomena ini.

Tulang adalah sejenis bahan biologi yang terdiri daripada protein dan mineral, termasuk kolagen, kalsium, dan fosforus. Ia adalah yang paling piezoelektrik daripada semua bahan biologi, dan mampu menjana voltan apabila tertakluk kepada tekanan mekanikal.

Kesan piezoelektrik dalam tulang adalah hasil daripada struktur uniknya. Ia terdiri daripada rangkaian gentian kolagen yang tertanam dalam matriks mineral. Apabila tulang mengalami tekanan mekanikal, gentian kolagen bergerak, menyebabkan mineral menjadi terpolarisasi dan menghasilkan cas elektrik.

Kesan piezoelektrik dalam tulang mempunyai beberapa aplikasi praktikal. Ia digunakan dalam pengimejan perubatan, seperti pengimejan ultrasound dan X-ray, untuk mengesan patah tulang dan keabnormalan lain. Ia juga digunakan dalam alat bantu pendengaran konduksi tulang, yang menggunakan kesan piezoelektrik untuk menukar gelombang bunyi kepada isyarat elektrik yang dihantar terus ke telinga dalam.

Kesan piezoelektrik dalam tulang juga digunakan dalam implan ortopedik, seperti sendi tiruan dan anggota prostetik. Implan menggunakan kesan piezoelektrik untuk menukar tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik, yang kemudiannya digunakan untuk menggerakkan peranti.

Di samping itu, kesan piezoelektrik dalam tulang sedang diterokai untuk digunakan dalam pembangunan rawatan perubatan baharu. Sebagai contoh, penyelidik sedang menyiasat penggunaan piezoelektrik untuk merangsang pertumbuhan tulang dan membaiki tisu yang rosak.

Secara keseluruhan, kesan piezoelektrik dalam tulang adalah fenomena yang menarik dengan pelbagai aplikasi praktikal. Ia digunakan dalam pelbagai aplikasi perubatan dan teknologi, dan sedang diterokai untuk digunakan dalam pembangunan rawatan baharu.

DNA

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. DNA adalah salah satu bahan yang menunjukkan kesan ini. DNA ialah molekul biologi yang terdapat dalam semua organisma hidup dan terdiri daripada empat bes nukleotida: adenine (A), guanin (G), sitosin (C), dan timin (T).

DNA ialah molekul kompleks yang boleh digunakan untuk menghasilkan cas elektrik apabila tertakluk kepada tekanan mekanikal. Ini disebabkan oleh fakta bahawa molekul DNA terdiri daripada dua helai nukleotida yang dipegang bersama oleh ikatan hidrogen. Apabila ikatan ini terputus, cas elektrik terhasil.

Kesan piezoelektrik DNA telah digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk:

• Menjana tenaga elektrik untuk implan perubatan
• Mengesan dan mengukur daya mekanikal dalam sel
• Membangunkan penderia skala nano
• Mencipta biosensor untuk penjujukan DNA
• Menjana gelombang ultrasound untuk pengimejan

Kesan piezoelektrik DNA juga sedang diterokai untuk potensi penggunaannya dalam pembangunan bahan baharu, seperti wayar nano dan tiub nano. Bahan ini boleh digunakan untuk pelbagai aplikasi, termasuk penyimpanan tenaga dan penderiaan.

Kesan piezoelektrik DNA telah dikaji secara meluas dan didapati sangat sensitif terhadap tekanan mekanikal. Ini menjadikannya alat yang berharga untuk penyelidik dan jurutera yang ingin membangunkan bahan dan teknologi baharu.

Kesimpulannya, DNA adalah bahan yang mempamerkan kesan piezoelektrik, iaitu keupayaan untuk mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Kesan ini telah digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk implan perubatan, penderia skala nano, dan penjujukan DNA. Ia juga sedang diterokai untuk potensi penggunaannya dalam pembangunan bahan baharu, seperti wayar nano dan tiub nano.

Protein

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Bahan piezoelektrik, seperti protein, kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA, mempamerkan kesan ini. Protein, khususnya, adalah bahan piezoelektrik yang unik, kerana ia terdiri daripada struktur kompleks asid amino yang boleh diubah bentuk untuk menghasilkan cas elektrik.

Protein adalah jenis bahan piezoelektrik yang paling banyak, dan ia terdapat dalam pelbagai bentuk. Mereka boleh didapati dalam bentuk enzim, hormon, dan antibodi, serta dalam bentuk protein struktur seperti kolagen dan keratin. Protein juga terdapat dalam bentuk protein otot, yang bertanggungjawab untuk pengecutan dan kelonggaran otot.

Kesan piezoelektrik protein adalah disebabkan oleh fakta bahawa ia terdiri daripada struktur kompleks asid amino. Apabila asid amino ini berubah bentuk, ia menghasilkan cas elektrik. Caj elektrik ini kemudiannya boleh digunakan untuk menggerakkan pelbagai peranti, seperti penderia dan penggerak.

Protein juga digunakan dalam pelbagai aplikasi perubatan. Sebagai contoh, ia digunakan untuk mengesan kehadiran protein tertentu dalam badan, yang boleh digunakan untuk mendiagnosis penyakit. Ia juga digunakan untuk mengesan kehadiran bakteria dan virus tertentu, yang boleh digunakan untuk mendiagnosis jangkitan.

Protein juga digunakan dalam pelbagai aplikasi perindustrian. Sebagai contoh, ia digunakan untuk mencipta penderia dan penggerak untuk pelbagai proses perindustrian. Ia juga digunakan untuk mencipta bahan yang boleh digunakan dalam pembinaan pesawat dan kenderaan lain.

Kesimpulannya, protein adalah bahan piezoelektrik unik yang boleh digunakan dalam pelbagai aplikasi. Ia terdiri daripada struktur kompleks asid amino yang boleh diubah bentuk untuk menjana cas elektrik, dan ia digunakan dalam pelbagai aplikasi perubatan dan perindustrian.

Penuaian Tenaga dengan Piezoelektrik

Dalam bahagian ini, saya akan membincangkan cara piezoelektrik boleh digunakan untuk menuai tenaga. Saya akan melihat pelbagai aplikasi piezoelektrik, daripada percetakan inkjet piezoelektrik kepada penjana jam dan imbangan mikro. Saya juga akan meneroka sejarah piezoelektrik, daripada penemuannya oleh Pierre Curie kepada penggunaannya dalam Perang Dunia II. Akhir sekali, saya akan membincangkan keadaan semasa industri piezoelektrik dan potensi untuk pertumbuhan selanjutnya.

Pencetakan Inkjet Piezoelektrik

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk menghasilkan cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Perkataan 'piezoelektrik' berasal daripada perkataan Yunani 'piezein' (untuk memerah atau menekan) dan 'elektron' (ambar), sumber cas elektrik purba. Bahan piezoelektrik, seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA, digunakan dalam pelbagai aplikasi.

Piezoelektrik digunakan untuk menjana elektrik voltan tinggi, sebagai penjana jam, dalam peranti elektronik, dan dalam imbangan mikro. Ia juga digunakan untuk memacu muncung ultrasonik dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus. Percetakan inkjet piezoelektrik adalah aplikasi popular teknologi ini. Ini ialah sejenis percetakan yang menggunakan kristal piezoelektrik untuk menghasilkan getaran frekuensi tinggi, yang digunakan untuk mengeluarkan titisan dakwat ke halaman.

Penemuan piezoelektrik bermula pada tahun 1880, apabila ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie menemui kesannya. Sejak itu, kesan piezoelektrik telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna. Piezoelektrik digunakan dalam barangan harian seperti peranti memasak dan pemanasan gas, obor, pemetik api rokok, dan pikap dalam gitar yang dikuatkan secara elektronik dan pencetus dalam dram elektronik moden.

Piezoelektrik juga digunakan dalam penyelidikan saintifik. Ia adalah asas untuk mengimbas mikroskop probe, yang digunakan untuk menyelesaikan imej pada skala atom. Ia juga digunakan dalam reflectometers domain masa ultrasonik, yang menghantar denyutan ultrasonik ke dalam bahan dan mengukur pantulan untuk mengesan ketakselanjaran dan mencari kecacatan di dalam objek logam tuang dan batu.

Pembangunan peranti dan bahan piezoelektrik telah didorong oleh keperluan untuk prestasi yang lebih baik dan proses pembuatan yang lebih mudah. Di Amerika Syarikat, pembangunan kristal kuarza untuk kegunaan komersial telah menjadi faktor utama dalam pertumbuhan industri piezoelektrik. Sebaliknya, pengeluar Jepun telah dapat berkongsi maklumat dengan cepat dan membangunkan aplikasi baharu, yang membawa kepada pertumbuhan pesat dalam pasaran Jepun.

Piezoelektrik telah merevolusikan cara kita menggunakan tenaga, daripada barangan harian seperti pemetik api kepada penyelidikan saintifik lanjutan. Ia adalah teknologi serba boleh yang membolehkan kami meneroka dan membangunkan bahan dan aplikasi baharu, dan ia akan terus menjadi bahagian penting dalam kehidupan kami untuk tahun-tahun akan datang.

Penjanaan Elektrik Voltan Tinggi

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan pepejal tertentu untuk mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Perkataan 'piezoelektrik' berasal daripada perkataan Yunani 'piezein' bermaksud 'memerah' atau 'tekan' dan 'ēlektron' bermaksud 'ambar', sumber cas elektrik purba. Piezoelektrik ialah interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik dalam bahan kristal dengan simetri penyongsangan.

Kesan piezoelektrik ialah proses boleh balik; bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik terbalik, penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contohnya, kristal titanat zirkonat plumbum menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, kristal boleh menukar dimensi statiknya apabila medan elektrik luaran digunakan, fenomena yang dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang, yang digunakan dalam penghasilan gelombang ultrasound.

Kesan piezoelektrik digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk penjanaan elektrik voltan tinggi. Bahan piezoelektrik digunakan dalam pengeluaran dan pengesanan bunyi, dalam percetakan inkjet piezoelektrik, dalam penjana jam, dalam peranti elektronik, dalam pengimbangan mikro, dalam muncung ultrasonik pemacu, dan dalam pemasangan optik pemfokusan ultrahalus.

Piezoelektrik juga digunakan dalam aplikasi harian, seperti menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, dalam obor, pemetik api rokok, dan bahan kesan piroelektrik, yang menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu. Kesan ini telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan daripada René Haüy dan Antoine César Becquerel, yang menyatakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik, walaupun eksperimen mereka terbukti tidak dapat disimpulkan.

Gabungan pengetahuan tentang piroelektrik dan pemahaman tentang struktur kristal yang mendasari menimbulkan ramalan piroelektrik dan keupayaan untuk meramalkan kelakuan kristal. Ini ditunjukkan oleh kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza juga mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik digunakan untuk menjana voltan apabila cacat. Ini sangat dibesar-besarkan dalam demonstrasi Curies tentang kesan piezoelektrik langsung.

Saudara-saudara Pierre dan Jacques Curie terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik. Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal, tetapi ia merupakan alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal), yang menerangkan kelas kristal semula jadi yang mampu piezoelektrik dan mentakrifkan pemalar piezoelektrik dengan teliti menggunakan analisis tensor.

Aplikasi praktikal peranti piezoelektrik bermula dengan pembangunan sonar semasa Perang Dunia I. Di Perancis, Paul Langevin dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik. Pengesan terdiri daripada transduser yang diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dan hidrofon untuk mengesan gema yang dikembalikan. Dengan memancarkan nadi frekuensi tinggi dari transduser dan mengukur masa yang diperlukan untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek, mereka dapat mengira jarak objek. Mereka menggunakan piezoelektrik untuk menjayakan sonar, dan projek itu mencipta perkembangan dan minat yang sengit dalam peranti piezoelektrik sepanjang dekad berikut.

Bahan piezoelektrik baharu dan aplikasi baharu untuk bahan ini telah diterokai dan dibangunkan. Peranti piezoelektrik menemui rumah dalam pelbagai bidang, seperti kartrij fonograf seramik, yang memudahkan reka bentuk pemain dan dibuat untuk pemain rekod yang lebih murah, lebih tepat yang lebih murah untuk diselenggara dan lebih mudah untuk dibina. Pembangunan transduser ultrasonik membolehkan pengukuran mudah kelikatan dan keanjalan cecair dan pepejal, menghasilkan kemajuan besar dalam penyelidikan bahan. Reflektorometer domain masa ultrasonik menghantar nadi ultrasonik ke dalam bahan dan mengukur pantulan dan ketakselanjaran untuk mencari kecacatan di dalam objek logam tuangan dan batu, meningkatkan keselamatan struktur.

Perang Dunia II menyaksikan kumpulan penyelidik bebas di Amerika Syarikat, Rusia, dan Jepun menemui kelas bahan sintetik baharu yang dipanggil fer

Penjana Jam

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Fenomena ini telah digunakan untuk mencipta beberapa aplikasi berguna, termasuk penjana jam. Penjana jam ialah peranti yang menggunakan piezoelektrik untuk menjana isyarat elektrik dengan pemasaan yang tepat.

Penjana jam digunakan dalam pelbagai aplikasi, seperti dalam komputer, telekomunikasi, dan sistem automotif. Ia juga digunakan dalam peranti perubatan, seperti perentak jantung, untuk memastikan masa isyarat elektrik yang tepat. Penjana jam juga digunakan dalam automasi industri dan robotik, di mana pemasaan yang tepat adalah penting.

Kesan piezoelektrik adalah berdasarkan interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik dalam bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Kesan ini boleh diterbalikkan, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga boleh menjana ketegangan mekanikal apabila medan elektrik digunakan. Ini dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang dan digunakan untuk menghasilkan gelombang ultrasound.

Penjana jam menggunakan kesan piezoelektrik songsang ini untuk menjana isyarat elektrik dengan pemasaan yang tepat. Bahan piezoelektrik diubah bentuk oleh medan elektrik, yang menyebabkan ia bergetar pada frekuensi tertentu. Getaran ini kemudiannya ditukar kepada isyarat elektrik, yang digunakan untuk menjana isyarat pemasaan yang tepat.

Penjana jam digunakan dalam pelbagai aplikasi, daripada peranti perubatan kepada automasi industri. Ia boleh dipercayai, tepat dan mudah digunakan, menjadikannya pilihan popular untuk banyak aplikasi. Piezoelektrik adalah bahagian penting dalam teknologi moden, dan penjana jam hanyalah salah satu daripada banyak aplikasi fenomena ini.

Peranti Elektronik

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan pepejal tertentu untuk mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Fenomena ini, yang dikenali sebagai kesan piezoelektrik, digunakan dalam pelbagai peranti elektronik, daripada pikap dalam gitar yang dikuatkan secara elektronik kepada pencetus dalam dram elektronik moden.

Piezoelektrik berasal daripada perkataan Yunani πιέζειν (piezein) yang bermaksud "memerah" atau "tekan" dan ἤλεκτρον (ēlektron) bermaksud "ambar", sumber cas elektrik purba. Bahan piezoelektrik ialah kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan protein DNA, yang mempamerkan kesan piezoelektrik.

Kesan piezoelektrik ialah interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik dalam bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Ia adalah proses boleh balik, bermakna bahan yang mempamerkan kesan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik terbalik, iaitu penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contohnya, kristal titanat zirkonat plumbum menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, kristal boleh menukar dimensi statiknya apabila medan elektrik luaran digunakan, fenomena yang dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang, yang digunakan dalam penghasilan gelombang ultrasound.

Penemuan piezoelektrik dikreditkan kepada ahli fizik Perancis Pierre dan Jacques Curie, yang menunjukkan kesan piezoelektrik langsung pada tahun 1880. Pengetahuan gabungan mereka tentang piroelektrik dan pemahaman tentang struktur kristal asas menimbulkan ramalan kesan piroelektrik, dan keupayaan untuk meramalkan tingkah laku kristal ditunjukkan dengan kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle.

Piezoelektrik telah digunakan dalam pelbagai aplikasi harian, seperti menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, obor, pemetik api rokok, dan bahan kesan piroelektrik yang menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu. Ini telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan daripada René Haüy dan Antoine César Becquerel, yang menyatakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik. Eksperimen terbukti tidak dapat disimpulkan, bagaimanapun, sehingga pemandangan kristal piezo di muzium pemampas Curie di Scotland menunjukkan kesan piezoelektrik langsung oleh adik-beradik Curie.

Piezoelektrik digunakan dalam pelbagai peranti elektronik, daripada pikap dalam gitar yang dikuatkan secara elektronik kepada pencetus dalam dram elektronik moden. Ia juga digunakan dalam pengeluaran dan pengesanan bunyi, percetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam, pengimbangan mikro, muncung ultrasonik pemacu, dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus. Piezoelektrik juga merupakan asas untuk mengimbas mikroskop probe, yang digunakan untuk menyelesaikan imej pada skala atom.

Imbangan mikro

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan pepejal tertentu untuk mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Piezoelektrik berasal daripada perkataan Yunani πιέζειν (piezein), bermaksud "memerah" atau "tekan", dan ἤλεκτρον (ēlektron), bermaksud "ambar", sumber cas elektrik purba.

Piezoelektrik digunakan dalam pelbagai aplikasi harian, seperti menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas untuk memasak dan peranti pemanasan, obor, pemetik api dan banyak lagi. Ia juga digunakan dalam pengeluaran dan pengesanan bunyi, dan dalam percetakan inkjet piezoelektrik.

Piezoelektrik juga digunakan untuk menjana elektrik voltan tinggi, dan merupakan asas kepada penjana jam dan peranti elektronik seperti imbangan mikro. Piezoelektrik juga digunakan untuk memacu muncung ultrasonik dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus.

Penemuan piezoelektrik dikreditkan kepada ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie pada tahun 1880. Curie bersaudara menggabungkan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dan pemahaman mereka tentang struktur kristal asas untuk menimbulkan konsep piezoelektrik. Mereka dapat meramalkan tingkah laku kristal dan menunjukkan kesan dalam kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle.

Kesan piezoelektrik telah dieksploitasi untuk aplikasi yang berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi. Perkembangan sonar semasa Perang Dunia I merupakan satu kejayaan besar dalam penggunaan piezoelektrik. Selepas Perang Dunia II, kumpulan penyelidikan bebas di Amerika Syarikat, Rusia, dan Jepun menemui kelas bahan sintetik baharu yang dipanggil ferroelektrik, yang mempamerkan pemalar piezoelektrik sehingga sepuluh kali lebih tinggi daripada bahan semula jadi.

Ini membawa kepada penyelidikan dan pembangunan intensif barium titanat dan kemudiannya bahan titanat zirkonat plumbum, yang mempunyai sifat khusus untuk aplikasi tertentu. Contoh penting penggunaan kristal piezoelektrik telah dibangunkan di Makmal Telefon Bell selepas Perang Dunia II.

Frederick R. Lack, bekerja di jabatan kejuruteraan telefon radio, membangunkan kristal potong yang beroperasi pada julat suhu yang luas. Kristal Lack tidak memerlukan aksesori berat kristal sebelumnya, memudahkan penggunaannya dalam pesawat. Perkembangan ini membolehkan tentera udara Bersekutu terlibat dalam serangan besar-besaran yang diselaraskan menggunakan radio penerbangan.

Perkembangan peranti dan bahan piezoelektrik di Amerika Syarikat mengekalkan beberapa syarikat dalam perniagaan, dan pembangunan kristal kuarza dieksploitasi secara komersial. Bahan piezoelektrik sejak itu telah digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk pengimejan perubatan, pembersihan ultrasonik dan banyak lagi.

Memandu muncung Ultrasonik

Piezoelektrik ialah cas elektrik yang terkumpul dalam bahan pepejal tertentu seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Ia adalah tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan dan berasal daripada perkataan Yunani 'piezein', bermaksud 'memerah' atau 'tekan', dan 'elektron', bermaksud 'ambar', sumber cas elektrik purba.

Kesan piezoelektrik ialah interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Ia adalah proses boleh balik, bermakna bahan yang mempamerkan kesan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik songsang, iaitu penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contohnya ialah kristal titanat zirkonat plumbum, yang menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, apabila medan elektrik luaran digunakan, kristal menukar dimensi statiknya, menghasilkan kesan piezoelektrik songsang, iaitu penghasilan gelombang ultrasound.

Ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie menemui piezoelektrik pada tahun 1880 dan sejak itu ia telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi. Piezoelektrik juga mencari kegunaan harian, seperti menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, obor, pemetik api dan banyak lagi.

Kesan piroelektrik, yang merupakan bahan yang menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu, telah dikaji oleh Carl Linnaeus, Franz Aepinus, dan pertengahan abad ke-18 melukis pengetahuan daripada René Haüy dan Antoine César Becquerel yang menyatakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik. Eksperimen untuk membuktikan ini tidak dapat disimpulkan.

Pemandangan kristal piezo di Curie Compensator di Muzium Hunterian di Scotland adalah demonstrasi kesan piezoelektrik langsung oleh saudara Pierre dan Jacques Curie. Menggabungkan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dan memahami struktur kristal yang mendasari menimbulkan ramalan piroelektrik dan membolehkan mereka meramalkan kelakuan kristal. Ini ditunjukkan dengan kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium dan potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza juga mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik digunakan untuk menjana voltan apabila cacat. Ini telah dibesar-besarkan oleh Curies untuk meramalkan kesan piezoelektrik terbalik, yang secara matematik disimpulkan daripada prinsip termodinamik asas oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881.

The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan sebaliknya, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik. Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal, tetapi merupakan alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie dalam kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik. Ini memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal), yang menerangkan kelas kristal semula jadi yang mampu piezoelektrik dan dengan ketat menentukan pemalar piezoelektrik melalui analisis tensor.

Aplikasi praktikal peranti piezoelektrik bermula dengan sonar, yang dibangunkan semasa Perang Dunia I. Di Perancis, Paul Langevin dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik. Pengesan terdiri daripada transduser yang diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dipanggil hidrofon, untuk mengesan gema yang dikembalikan selepas memancarkan nadi frekuensi tinggi. Dengan mengukur masa yang diperlukan untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek, mereka boleh mengira jarak objek itu. Penggunaan piezoelektrik dalam sonar ini adalah satu kejayaan, dan projek itu mencipta pembangunan dan minat yang sengit dalam peranti piezoelektrik selama beberapa dekad.

Bahan piezoelektrik baharu dan aplikasi baharu untuk bahan ini telah diterokai dan dibangunkan, dan peranti piezoelektrik menemui rumah dalam bidang seperti kartrij fonograf seramik, yang memudahkan reka bentuk pemain dan dibuat untuk pemain rekod yang lebih murah, lebih tepat yang lebih murah untuk diselenggara dan lebih mudah dibina. . Pembangunan transduser ultrasonik membolehkan pengukuran mudah kelikatan dan keanjalan cecair dan pepejal, menghasilkan kemajuan besar dalam penyelidikan bahan. Reflektorometer domain masa ultrasonik menghantar nadi ultrasonik melalui bahan dan mengukur pantulan dan ketakselanjaran untuk mencari kecacatan dalam logam tuangan dan objek batu

Perhimpunan Optik Pemfokusan Ultra Halus

Piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk mengumpul cas elektrik apabila tertakluk kepada tekanan mekanikal. Ia adalah interaksi elektromekanikal linear antara keadaan elektrik dan mekanikal bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Piezoelektrik ialah proses boleh balik, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik songsang, iaitu penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan.

Piezoelektrik telah digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, dan penjanaan elektrik voltan tinggi. Piezoelektrik juga digunakan dalam percetakan inkjet, penjana jam, peranti elektronik, pengimbangan mikro, muncung ultrasonik pemacu, dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus.

Piezoelektrik ditemui pada tahun 1880 oleh ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie. Kesan piezoelektrik dieksploitasi dalam aplikasi berguna, seperti pengeluaran dan pengesanan bunyi, dan penjanaan elektrik voltan tinggi. Pencetakan inkjet piezoelektrik juga digunakan, serta penjana jam, peranti elektronik, pengimbangan mikro, muncung ultrasonik pemacu, dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus.

Piezoelektrik telah memasuki kegunaan harian, seperti menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas untuk peranti memasak dan pemanasan, obor, pemetik api rokok dan bahan kesan piroelektrik yang menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu. Kesan ini telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan daripada René Haüy dan Antoine César Becquerel yang mengemukakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik. Eksperimen terbukti tidak konklusif.

Pemandangan kristal piezo di Curie Compensator di Muzium Hunterian di Scotland adalah demonstrasi kesan piezoelektrik langsung oleh saudara Pierre dan Jacques Curie. Digabungkan dengan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dan pemahaman mereka tentang struktur kristal yang mendasari, mereka menimbulkan ramalan piroelektrik dan keupayaan untuk meramalkan tingkah laku kristal. Ini ditunjukkan dalam kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle.

Sodium dan potassium tartrate tetrahydrate, dan garam kuarza dan Rochelle mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik digunakan untuk menjana voltan apabila cacat, walaupun perubahan dalam bentuk sangat dibesar-besarkan. The Curies meramalkan kesan piezoelektrik terbalik, dan kesan sebaliknya telah disimpulkan secara matematik daripada prinsip termodinamik asas oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881. The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan terbalik, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif kebolehbalikan lengkap elektro- ubah bentuk elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik.

Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal sehingga ia menjadi alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal). Ini menerangkan kelas kristal semula jadi yang berkeupayaan piezoelektrik dan dengan teliti mentakrifkan pemalar piezoelektrik menggunakan analisis tensor untuk aplikasi praktikal peranti piezoelektrik.

Pembangunan sonar adalah projek kejayaan yang mencipta pembangunan dan minat yang sengit dalam peranti piezoelektrik. Beberapa dekad kemudian, bahan piezoelektrik baharu dan aplikasi baharu untuk bahan ini telah diterokai dan dibangunkan. Peranti piezoelektrik menemui rumah dalam pelbagai bidang, seperti kartrij fonograf seramik, yang memudahkan reka bentuk pemain dan menjadikan pemain rekod lebih murah serta lebih mudah untuk diselenggara dan dibina. Pembangunan transduser ultrasonik membolehkan pengukuran mudah kelikatan dan keanjalan cecair dan pepejal, menghasilkan kemajuan besar dalam penyelidikan bahan. Reflektorometer domain masa ultrasonik menghantar nadi ultrasonik ke dalam bahan dan mengukur pantulan dan ketakselanjaran untuk mencari kecacatan di dalam objek logam tuangan dan batu, meningkatkan keselamatan struktur.

Permulaan bidang kepentingan piezoelektrik telah dijamin dengan paten menguntungkan bahan baru yang dibangunkan daripada kristal kuarza, yang dieksploitasi secara komersial sebagai bahan piezoelektrik. Para saintis mencari bahan berprestasi tinggi, dan walaupun kemajuan dalam bahan dan kematangan proses pembuatan, pasaran Amerika Syarikat tidak berkembang dengan cepat. Sebaliknya, pengilang Jepun berkongsi maklumat dengan cepat dan aplikasi baharu untuk pertumbuhan dalam industri piezoelektrik Amerika Syarikat menderita berbeza dengan pengeluar Jepun.

Motor Piezoelektrik

Dalam bahagian ini, saya akan bercakap tentang cara piezoelektrik digunakan dalam teknologi moden. Daripada mengimbas mikroskop probe yang boleh menyelesaikan imej pada skala atom kepada pikap untuk gitar yang dikuatkan secara elektronik dan pencetus untuk dram elektronik moden, piezoelektrik telah menjadi sebahagian daripada banyak peranti. Saya akan meneroka sejarah piezoelektrik dan cara ia telah digunakan dalam pelbagai aplikasi.

Bentuk Asas Pengimbasan Mikroskop Probe

Piezoelektrik ialah cas elektrik yang terkumpul dalam bahan pepejal tertentu, seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Ia adalah tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan, dan perkataan piezoelektrik berasal daripada perkataan Yunani πιέζειν (piezein) yang bermaksud "memerah" atau "tekan" dan ἤλεκτρον (ēlektron) bermaksud "ambar", sumber cas elektrik purba.

Motor piezoelektrik ialah peranti yang menggunakan kesan piezoelektrik untuk menghasilkan gerakan. Kesan ini ialah interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik dalam bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Ia adalah proses boleh balik, bermakna bahan yang mempamerkan kesan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik terbalik, iaitu penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contoh bahan yang menjana piezoelektrik yang boleh diukur ialah hablur titanat zirkonat plumbum.

Kesan piezoelektrik dieksploitasi dalam aplikasi yang berguna, seperti pengeluaran dan pengesanan bunyi, pencetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam dan peranti elektronik seperti pengimbangan mikro dan pemacu muncung ultrasonik untuk pemasangan optik pemfokusan ultrahalus. Ia juga membentuk asas pengimbasan mikroskop probe, yang digunakan untuk menyelesaikan imej pada skala atom.

Piezoelektrik ditemui pada tahun 1880 oleh ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie. Pemandangan kristal piezo dan pemampas Curie boleh dilihat di Muzium Hunterian di Scotland, yang merupakan demonstrasi kesan piezoelektrik langsung oleh saudara Pierre dan Jacques Curie.

Menggabungkan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dan pemahaman mereka tentang struktur kristal yang mendasari menimbulkan ramalan piroelektrik, yang membolehkan mereka meramalkan kelakuan kristal. Ini ditunjukkan oleh kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium dan potassium tartrate tetrahydrate, dan garam kuarza dan Rochelle mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik digunakan untuk menjana voltan apabila cacat, walaupun ini telah dibesar-besarkan oleh Curies.

Mereka juga meramalkan kesan piezoelektrik sebaliknya, dan ini telah disimpulkan secara matematik daripada prinsip termodinamik asas oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881. The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan sebaliknya, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif kebolehbalikan lengkap elektro-elasto- ubah bentuk mekanikal dalam kristal piezoelektrik.

Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal sehingga ia menjadi alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal), yang menerangkan kelas kristal semula jadi yang mampu piezoelektrik dan mentakrifkan pemalar piezoelektrik dan analisis tensor dengan teliti.

Ini membawa kepada aplikasi praktikal peranti piezoelektrik, seperti sonar, yang dibangunkan semasa Perang Dunia I. Di Perancis, Paul Langevin dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik. Pengesan ini terdiri daripada transduser yang diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dan hidrofon untuk mengesan gema yang dikembalikan selepas memancarkan nadi frekuensi tinggi daripada transduser. Dengan mengukur masa yang diperlukan untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek, mereka dapat mengira jarak objek itu. Mereka menggunakan piezoelektrik untuk menjayakan sonar ini, dan projek itu mencipta pembangunan dan minat yang sengit dalam peranti piezoelektrik selama beberapa dekad.

Bahan piezoelektrik baharu dan aplikasi baharu untuk bahan ini telah diterokai dan dibangunkan, dan peranti piezoelektrik menemui rumah dalam banyak bidang, seperti kartrij fonograf seramik, yang memudahkan reka bentuk pemain dan dibuat untuk pemain rekod yang lebih murah dan lebih tepat yang lebih murah untuk diselenggara dan lebih mudah. bina. Pembangunan transduser ultrasonik membolehkan pengukuran mudah kelikatan dan keanjalan cecair dan pepejal, menghasilkan kemajuan besar dalam penyelidikan bahan. Reflektorometer domain masa ultrasonik menghantar nadi ultrasonik ke dalam bahan dan mengukur pantulan dan ketakselanjaran untuk mencari kecacatan di dalam objek logam tuangan dan batu, meningkatkan keselamatan struktur.

Semasa Perang Dunia II, kumpulan penyelidikan bebas di Amerika Syarikat

Selesaikan Imej pada Skala Atom

Piezoelektrik ialah cas elektrik yang terkumpul dalam bahan pepejal tertentu seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Ia adalah tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan dan berasal daripada perkataan Greek 'piezein', bermaksud memerah atau menekan. Kesan piezoelektrik terhasil daripada interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik dalam bahan kristal dengan simetri penyongsangan.

Piezoelektrik ialah proses boleh balik, dan bahan yang mempamerkan kesan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik songsang, iaitu penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contoh ini termasuk kristal titanat zirkonat plumbum, yang menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, kristal menukar dimensi statiknya apabila medan elektrik luaran digunakan, yang dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang dan digunakan dalam penghasilan gelombang ultrasound.

Ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie menemui piezoelektrik pada tahun 1880. Kesan piezoelektrik telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, percetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam dan peranti elektronik seperti mengimbangi mikro dan memacu muncung ultrasonik. Ia juga membentuk asas pengimbasan mikroskop probe, yang digunakan untuk menyelesaikan imej pada skala atom.

Piezoelektrik juga digunakan dalam aplikasi harian, seperti menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, obor, pemetik api dan banyak lagi. Kesan piroelektrik, iaitu bahan yang menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu, telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18. Berdasarkan pengetahuan René Haüy dan Antoine César Becquerel, mereka menyatakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik, tetapi eksperimen mereka terbukti tidak dapat disimpulkan.

Pelawat ke Muzium Hunterian di Glasgow boleh melihat pemampas Curie kristal piezo, demonstrasi kesan piezoelektrik langsung oleh saudara Pierre dan Jacques Curie. Digabungkan dengan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dan pemahaman tentang struktur kristal yang mendasari, mereka menimbulkan ramalan piroelektrik dan keupayaan untuk meramal kelakuan kristal. Ini ditunjukkan oleh kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium dan potassium tartrate tetrahydrate, dan garam kuarza dan Rochelle mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik menjana voltan apabila cacat, walaupun perubahan dalam bentuk sangat dibesar-besarkan. The Curies dapat meramalkan kesan piezoelektrik terbalik, dan kesan sebaliknya telah disimpulkan secara matematik daripada prinsip termodinamik asas oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881.

The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan sebaliknya, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik. Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal, tetapi ia merupakan alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal).

Pickup Gitar Diperkuat Secara Elektronik

Motor piezoelektrik ialah motor elektrik yang menggunakan kesan piezoelektrik untuk menukar tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal. Kesan piezoelektrik ialah keupayaan bahan tertentu untuk menghasilkan cas elektrik apabila tertakluk kepada tekanan mekanikal. Motor piezoelektrik digunakan dalam pelbagai aplikasi, daripada kuasa peranti kecil seperti jam tangan dan jam kepada kuasa mesin yang lebih besar seperti robot dan peralatan perubatan.

Motor piezoelektrik digunakan dalam pikap gitar yang dikuatkan secara elektronik. Pickup ini menggunakan kesan piezoelektrik untuk menukar getaran tali gitar kepada isyarat elektrik. Isyarat ini kemudiannya dikuatkan dan dihantar ke penguat, yang menghasilkan bunyi gitar. Piezoelektrik pikap juga digunakan dalam dram elektronik moden, di mana ia digunakan untuk mengesan getaran kepala dram dan menukarnya menjadi isyarat elektrik.

Motor piezoelektrik juga digunakan dalam mengimbas mikroskop probe, yang menggunakan kesan piezoelektrik untuk menggerakkan probe kecil merentasi permukaan. Ini membolehkan mikroskop menyelesaikan imej pada skala atom. Motor piezoelektrik juga digunakan dalam pencetak inkjet, di mana ia digunakan untuk menggerakkan kepala cetakan ke depan dan ke belakang merentasi halaman.

Motor piezoelektrik digunakan dalam pelbagai aplikasi lain, termasuk peranti perubatan, komponen automotif dan elektronik pengguna. Ia juga digunakan dalam aplikasi perindustrian, seperti dalam pengeluaran bahagian ketepatan dan dalam pemasangan komponen kompleks. Kesan piezoelektrik juga digunakan dalam penghasilan gelombang ultrasound, yang digunakan dalam pengimejan perubatan dan dalam pengesanan kecacatan dalam bahan.

Secara keseluruhannya, motor piezoelektrik digunakan dalam pelbagai aplikasi, daripada kuasa peranti kecil kepada kuasa mesin yang lebih besar. Ia digunakan dalam pikap gitar yang dikuatkan secara elektronik, dram elektronik moden, mikroskop probe pengimbasan, pencetak inkjet, peranti perubatan, komponen automotif dan elektronik pengguna. Kesan piezoelektrik juga digunakan dalam penghasilan gelombang ultrasound dan dalam pengesanan kecacatan dalam bahan.

Mencetuskan Dram Elektronik Moden

Piezoelektrik ialah cas elektrik yang terkumpul dalam bahan pepejal tertentu seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Ia adalah tindak balas bahan ini terhadap tekanan mekanikal yang dikenakan. Perkataan piezoelektrik berasal daripada perkataan Yunani "piezein", yang bermaksud "memerah atau menekan", dan perkataan "elektron", yang bermaksud "ambar", sumber cas elektrik purba.

Motor piezoelektrik ialah peranti yang menggunakan kesan piezoelektrik untuk menghasilkan gerakan. Kesan ini terhasil daripada interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Ia adalah proses boleh balik, bermakna bahan yang mempamerkan kesan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik songsang, iaitu penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contohnya ialah kristal titanat zirkonat plumbum, yang menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, apabila medan elektrik luaran digunakan, kristal menukar dimensi statiknya, menghasilkan gelombang ultrasound.

Motor piezoelektrik digunakan dalam pelbagai aplikasi harian, seperti:

• Menjana percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan
• Obor, pemetik api rokok dan bahan kesan piroelektrik
• Menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu
• Pengeluaran dan pengesanan bunyi
• Pencetakan inkjet piezoelektrik
• Penjanaan elektrik voltan tinggi
• Penjana jam dan peranti elektronik
• Imbangan mikro
• Pandu muncung ultrasonik dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus
• Menjadi asas untuk mengimbas mikroskop probe
• Selesaikan imej pada skala atom
• Pickup gitar yang dikuatkan secara elektronik
• Mencetuskan dram elektronik moden.

Pemodelan Elektromekanikal Transduser Piezoelektrik

Dalam bahagian ini, saya akan meneroka pemodelan elektromekanikal transduser piezoelektrik. Saya akan melihat sejarah penemuan piezoelektrik, eksperimen yang membuktikan kewujudannya, dan pembangunan peranti dan bahan piezoelektrik. Saya juga akan membincangkan sumbangan ahli fizik Perancis Pierre dan Jacques Curie, Carl Linnaeus dan Franz Aepinus, Rene Hauy dan Antoine Cesar Becquerel, Gabriel Lippmann, dan Woldemar Voigt.

Fizik Perancis Pierre dan Jacques Curie

Piezoelektrik ialah fenomena elektromekanikal di mana cas elektrik terkumpul dalam bahan pepejal tertentu seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Caj ini dijana sebagai tindak balas kepada tegasan mekanikal yang dikenakan. Perkataan 'piezoelektrik' berasal daripada perkataan Yunani 'piezein', bermaksud 'memerah atau menekan', dan 'elektron', bermaksud 'ambar', sumber cas elektrik purba.

Kesan piezoelektrik terhasil daripada interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik dalam bahan dengan simetri penyongsangan. Kesan ini boleh diterbalikkan, bermakna bahan yang mempamerkan kesan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik terbalik, di mana penjanaan dalaman terikan mekanikal dihasilkan sebagai tindak balas kepada medan elektrik yang digunakan. Contohnya, kristal titanat zirkonat plumbum menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, apabila medan elektrik luaran digunakan, kristal menukar dimensi statiknya, menghasilkan gelombang ultrasound dalam proses yang dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang.

Pada tahun 1880, ahli fizik Perancis Pierre dan Jacques Curie menemui kesan piezoelektrik dan sejak itu ia telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, percetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam dan elektronik. peranti seperti pengimbangan mikro dan memacu muncung ultrasonik untuk pemasangan optik pemfokusan ultrahalus. Ia juga membentuk asas untuk mengimbas mikroskop probe, yang boleh menyelesaikan imej pada skala atom. Piezoelektrik juga digunakan dalam pikap untuk gitar yang dikuatkan secara elektronik dan pencetus untuk dram elektronik moden.

Piezoelektrik juga mencari kegunaan harian, seperti menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, obor, pemetik api dan banyak lagi. Kesan piroelektrik, di mana bahan menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu, telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan René Hauy dan Antoine César Becquerel, yang menyatakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik, walaupun eksperimen mereka terbukti tidak dapat disimpulkan.

Dengan menggabungkan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dengan pemahaman tentang struktur kristal yang mendasari, Curies dapat menimbulkan ramalan piroelektrik dan meramalkan kelakuan kristal. Ini ditunjukkan dalam kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza juga mempamerkan piezoelektrik. Cakera piezoelektrik menjana voltan apabila cacat, walaupun ini sangat dibesar-besarkan dalam demonstrasi Curies. Mereka juga dapat meramalkan kesan piezoelektrik terbalik dan secara matematik menyimpulkannya daripada prinsip termodinamik asas oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881.

The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan sebaliknya, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik. Dalam dekad berikutnya, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal sehingga ia menjadi alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt 'Lehrbuch der Kristallphysik' (Buku Teks Fizik Kristal).

Eksperimen Terbukti Tidak Konklusif

Piezoelektrik ialah fenomena elektromekanikal di mana cas elektrik terkumpul dalam bahan pepejal tertentu, seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Ia adalah tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan, dan perkataan 'piezoelektrik' berasal daripada perkataan Yunani 'piezein', bermaksud 'memicit atau menekan', dan 'ēlektron', bermaksud 'ambar', sumber cas elektrik purba.

Kesan piezoelektrik terhasil daripada interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Ia adalah proses boleh balik; bahan yang mempamerkan kesan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik terbalik, iaitu penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contohnya, kristal titanat zirkonat plumbum menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, kristal boleh menukar dimensi statiknya apabila medan elektrik luaran digunakan, dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang, yang digunakan dalam penghasilan gelombang ultrasound.

Ahli fizik Perancis, Pierre dan Jacques Curie menemui piezoelektrik pada tahun 1880. Sejak itu, ia telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, percetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam dan peranti elektronik seperti pengimbangan mikro. , memacu muncung ultrasonik, dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus. Ia juga membentuk asas pengimbasan mikroskop probe, yang boleh menyelesaikan imej pada skala atom. Piezoelektrik juga digunakan dalam pikap untuk gitar yang dikuatkan secara elektronik, dan pencetus untuk dram elektronik moden.

Piezoelektrik mencari kegunaan harian dalam menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, obor, pemetik api dan banyak lagi. Kesan piroelektrik, di mana bahan menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu, telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan René Hauy dan Antoine César Becquerel, yang menyatakan hubungan antara tegasan mekanikal dan cas elektrik. Eksperimen terbukti tidak konklusif.

Gabungan pengetahuan tentang piroelektrik dan pemahaman tentang struktur kristal yang mendasari menimbulkan ramalan piroelektrik dan keupayaan untuk meramalkan kelakuan kristal. Ini ditunjukkan dalam kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza juga mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik digunakan untuk menjana voltan apabila cacat. Ini sangat dibesar-besarkan dalam demonstrasi Curies tentang kesan piezoelektrik langsung.

Saudara-saudara Pierre dan Jacques Curie meramalkan kesan piezoelektrik terbalik, dan kesan sebaliknya telah disimpulkan secara matematik daripada prinsip termodinamik asas oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881. The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan terbalik, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif lengkap keterbalikan ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik.

Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal, tetapi ia merupakan alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal). Ini menerangkan kelas kristal semula jadi yang mampu piezoelektrik dan dengan ketat menentukan pemalar piezoelektrik menggunakan analisis tensor. Ini adalah aplikasi praktikal pertama transduser piezoelektrik, dan sonar telah dibangunkan semasa Perang Dunia I. Di Perancis, Paul Langevin dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik.

Carl Linnaeus dan Franz Aepinus

Piezoelektrik ialah fenomena elektromekanikal di mana cas elektrik terkumpul dalam bahan pepejal tertentu seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Caj ini dijana sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Perkataan piezoelektrik berasal daripada perkataan Yunani πιέζειν (piezein) yang bermaksud "memerah atau menekan" dan ἤλεκτρον (ēlektron) yang bermaksud "ambar", sumber cas elektrik purba.

Kesan piezoelektrik terhasil daripada interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Kesan ini boleh diterbalikkan, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik songsang, iaitu penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contohnya, kristal titanat zirkonat plumbum menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, kristal boleh menukar dimensi statiknya apabila medan elektrik luaran digunakan, yang dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang dan digunakan dalam penghasilan gelombang ultrasound.

Pada tahun 1880, ahli fizik Perancis Jacques dan Pierre Curie menemui kesan piezoelektrik dan sejak itu ia telah dieksploitasi untuk banyak aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, percetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam, peranti elektronik, pengimbangan mikro. , memacu muncung ultrasonik, dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus. Ia juga membentuk asas untuk mengimbas mikroskop probe, yang digunakan untuk menyelesaikan imej pada skala atom. Piezoelektrik juga digunakan dalam pikap untuk gitar yang dikuatkan secara elektronik dan pencetus untuk dram elektronik moden.

Piezoelektrik juga ditemui dalam kegunaan harian, seperti menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, obor, pemetik api rokok, dan kesan piroelektrik, iaitu apabila bahan menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu. Kesan ini telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan daripada René Hauy dan Antoine César Becquerel, yang menyatakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik, walaupun eksperimen mereka terbukti tidak dapat disimpulkan.

Pemandangan kristal piezo dalam pemampas Curie di Muzium Hunterian di Scotland adalah demonstrasi kesan piezoelektrik langsung oleh saudara Pierre dan Jacques Curie. Menggabungkan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dengan pemahaman tentang struktur kristal yang mendasari menimbulkan ramalan piroelektrik dan keupayaan untuk meramalkan kelakuan kristal. Ini ditunjukkan oleh kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza daripada garam Rochelle mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik menjana voltan apabila cacat, walaupun ini sangat dibesar-besarkan dalam demonstrasi Curies.

Ramalan kesan piezoelektrik terbalik dan potongan matematiknya daripada prinsip termodinamik asas telah dibuat oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881. The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan terbalik, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif kebolehbalikan lengkap elektro-elasto- ubah bentuk mekanikal dalam kristal piezoelektrik. Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal sehingga ia menjadi alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie, yang menggunakannya untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik. Ini memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal), yang menerangkan kelas kristal semula jadi yang mampu piezoelektrik dan mentakrifkan pemalar piezoelektrik dengan teliti menggunakan analisis tensor.

Aplikasi praktikal transduser piezoelektrik ini membawa kepada pembangunan sonar semasa Perang Dunia I. Di Perancis, Paul Langevin dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik. Pengesan terdiri daripada transduser yang diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dan hidrofon untuk mengesan gema yang dikembalikan selepas memancarkan nadi frekuensi tinggi daripada transduser. Dengan mengukur masa yang diperlukan untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek, mereka dapat mengira jarak objek itu. Mereka menggunakan piezoelektrik untuk menjayakan sonar ini, dan projek itu mencipta pembangunan dan minat yang sengit dalam peranti piezoelektrik

Rene Hauy dan Antoine Cesar Becquerel

Piezoelektrik ialah fenomena elektromekanikal yang berlaku apabila bahan pepejal tertentu, seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA, mengumpul cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal yang dikenakan. Piezoelektrik berasal daripada perkataan Greek 'piezein', bermaksud 'memerah atau menekan', dan 'elektron', bermaksud 'ambar', sumber cas elektrik purba.

Kesan piezoelektrik terhasil daripada interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik dalam bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Kesan ini boleh diterbalikkan, bermakna bahan yang mempamerkan kesan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik songsang, atau penjanaan dalaman terikan mekanikal yang terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contohnya, kristal titanat zirkonat plumbum menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, kristal boleh menukar dimensi statiknya apabila medan elektrik luaran digunakan, mengakibatkan kesan piezoelektrik songsang dan penghasilan gelombang ultrasound.

Ahli fizik Perancis, Pierre dan Jacques Curie menemui kesan piezoelektrik pada tahun 1880. Kesan ini telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, percetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam dan peranti elektronik seperti pengimbangan mikro, pemacu muncung ultrasonik, dan pemasangan optik pemfokusan ultrahalus. Ia juga membentuk asas pengimbasan mikroskop probe, yang boleh menyelesaikan imej pada skala atom. Piezoelektrik juga digunakan dalam pikap untuk gitar yang dikuatkan secara elektronik, dan pencetus untuk dram elektronik moden.

Kesan piezoelektrik pertama kali dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan daripada Rene Hauy dan Antoine Cesar Becquerel, yang mengemukakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik. Walau bagaimanapun, eksperimen terbukti tidak konklusif. Digabungkan dengan pengetahuan tentang piroelektrik, dan pemahaman tentang struktur kristal yang mendasari, ini menimbulkan ramalan piroelektrik, dan keupayaan untuk meramal kelakuan kristal. Ini ditunjukkan dalam kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle. Sodium potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza juga mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik digunakan untuk menjana voltan apabila cacat. Kesan ini sangat dibesar-besarkan dalam demonstrasi Curies di Muzium Scotland, yang menunjukkan kesan piezoelektrik langsung.

Saudara-saudara Pierre dan Jacques Curie terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik. Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal, sehingga ia menjadi alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja ini meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik, yang memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal).

The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan songsang, dan meneruskan secara matematik menyimpulkan prinsip termodinamik asas kesan songsang. Ini telah dilakukan oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881. Piezoelektrik kemudiannya digunakan untuk membangunkan sonar semasa Perang Dunia I. Di Perancis, Paul Langevin dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik. Pengesan ini terdiri daripada transduser yang diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dan hidrofon untuk mengesan gema yang dikembalikan. Dengan memancarkan nadi frekuensi tinggi dari transduser dan mengukur masa yang diperlukan untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek, mereka boleh mengira jarak ke objek.

Penggunaan kristal piezoelektrik telah dibangunkan lagi oleh Bell Telephone Laboratories selepas Perang Dunia II. Frederick R. Lack, bekerja di jabatan kejuruteraan telefon radio, membangunkan kristal potong yang boleh beroperasi pada julat suhu yang luas. Kristal Lack tidak memerlukan aksesori berat kristal sebelumnya, memudahkan penggunaannya dalam pesawat. Perkembangan ini membolehkan tentera udara Bersekutu terlibat dalam serangan besar-besaran yang diselaraskan, menggunakan radio penerbangan. Pembangunan peranti dan bahan piezoelektrik di Amerika Syarikat mengekalkan syarikat dalam pembangunan permulaan perang di lapangan, dan minat dalam mendapatkan paten yang menguntungkan untuk bahan baharu yang dibangunkan. Kristal kuarza dieksploitasi secara komersial sebagai bahan piezoelektrik, dan saintis mencari bahan berprestasi tinggi. Walaupun kemajuan dalam bahan dan kematangan proses pembuatan, Amerika Syarikat

Gabriel Lippmann

Piezoelektrik ialah fenomena elektromekanikal di mana cas elektrik terkumpul dalam bahan pepejal tertentu, seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Ia adalah hasil daripada interaksi antara keadaan mekanikal dan elektrik dalam bahan dengan simetri penyongsangan. Piezoelektrik pertama kali ditemui oleh ahli fizik Perancis Pierre dan Jacques Curie pada tahun 1880.

Piezoelektrik telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, percetakan inkjet piezoelektrik, dan penjanaan elektrik voltan tinggi. Piezoelektrik berasal daripada perkataan Yunani πιέζειν (piezein) yang bermaksud "memerah atau menekan" dan ἤλεκτρον (ēlektron) bermaksud "ambar", sumber cas elektrik purba.

Kesan piezoelektrik boleh diterbalikkan, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik terbalik, di mana penjanaan dalaman terikan mekanikal terhasil daripada penggunaan medan elektrik. Contohnya, kristal titanat zirkonat plumbum menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, kristal boleh menukar dimensi statiknya apabila medan elektrik luaran digunakan, satu proses yang dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang. Proses ini boleh digunakan untuk menghasilkan gelombang ultrasound.

Kesan piezoelektrik telah dikaji sejak pertengahan abad ke-18, apabila Carl Linnaeus dan Franz Aepinus, menggunakan pengetahuan René Hauy dan Antoine César Becquerel, mengemukakan hubungan antara tekanan mekanikal dan cas elektrik. Walau bagaimanapun, eksperimen terbukti tidak konklusif. Sehinggalah gabungan pengetahuan tentang piroelektrik dan pemahaman tentang struktur kristal yang mendasari menimbulkan ramalan piroelektrik barulah para penyelidik dapat meramalkan tingkah laku kristal. Ini ditunjukkan oleh kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle.

Gabriel Lippmann, pada tahun 1881, secara matematik menyimpulkan prinsip termodinamik asas bagi kesan piezoelektrik sebaliknya. The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan sebaliknya, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik.

Selama beberapa dekad, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal sehingga ia menjadi alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre dan Marie Curie. Kerja mereka untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal). Ini menerangkan kelas kristal semula jadi yang mampu piezoelektrik dan dengan ketat menentukan pemalar piezoelektrik dengan analisis tensor.

Aplikasi praktikal peranti piezoelektrik bermula dengan pembangunan sonar semasa Perang Dunia I. Paul Langevin dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik. Pengesan ini terdiri daripada transduser yang diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dan hidrofon untuk mengesan gema yang dikembalikan. Dengan memancarkan nadi frekuensi tinggi dari transduser dan mengukur masa yang diperlukan untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek, mereka dapat mengira jarak ke objek. Penggunaan piezoelektrik untuk sonar ini berjaya, dan projek itu mewujudkan minat pembangunan yang sengit dalam peranti piezoelektrik. Sepanjang beberapa dekad, bahan piezoelektrik baharu dan aplikasi baharu untuk bahan ini telah diterokai dan dibangunkan. Peranti piezoelektrik menemui rumah dalam pelbagai bidang, daripada kartrij fonograf seramik yang memudahkan reka bentuk pemain dan menjadikan pemain rekod yang murah dan tepat lebih murah untuk diselenggara dan lebih mudah dibina, kepada pembangunan transduser ultrasonik yang membolehkan pengukuran mudah kelikatan dan keanjalan cecair dan pepejal, menghasilkan kemajuan besar dalam penyelidikan bahan. Reflektorometer domain masa ultrasonik menghantar nadi ultrasonik ke dalam bahan dan mengukur pantulan dan ketakselanjaran untuk mencari kecacatan di dalam objek logam tuangan dan batu, meningkatkan keselamatan struktur.

Selepas Perang Dunia II, kumpulan penyelidikan bebas di Amerika Syarikat, Rusia, dan Jepun menemui kelas bahan sintetik baharu yang dipanggil ferroelektrik yang mempamerkan pemalar piezoelektrik sehingga sepuluh kali lebih tinggi daripada bahan semula jadi. Ini membawa kepada penyelidikan yang sengit untuk membangunkan barium titanat, dan kemudiannya plumbum zirkonat titanat, bahan dengan sifat khusus untuk aplikasi tertentu. Satu contoh penting penggunaan kristal piezoelektrik telah dibangunkan

Woldemar Voigt

Piezoelektrik ialah fenomena elektromekanikal di mana cas elektrik terkumpul dalam bahan pepejal tertentu, seperti kristal, seramik, dan bahan biologi seperti tulang dan DNA. Caj ini dijana sebagai tindak balas kepada tegasan mekanikal yang dikenakan. Perkataan piezoelektrik berasal daripada perkataan Yunani "piezein", yang bermaksud "memerah atau menekan", dan "elektron", yang bermaksud "ambar", sumber cas elektrik purba.

Kesan piezoelektrik terhasil daripada interaksi elektromekanikal linear antara keadaan mekanikal dan elektrik bahan kristal dengan simetri penyongsangan. Kesan ini boleh diterbalikkan, bermakna bahan yang mempamerkan piezoelektrik juga mempamerkan kesan piezoelektrik terbalik, di mana penjanaan dalaman terikan mekanikal terhasil daripada medan elektrik yang digunakan. Contohnya, kristal titanat zirkonat plumbum menjana piezoelektrik yang boleh diukur apabila struktur statiknya berubah bentuk daripada dimensi asalnya. Sebaliknya, kristal boleh menukar dimensi statiknya apabila medan elektrik luaran digunakan, fenomena yang dikenali sebagai kesan piezoelektrik songsang, yang digunakan dalam penghasilan gelombang ultrasound.

Ahli fizik Perancis Pierre dan Jacques Curie menemui piezoelektrik pada tahun 1880. Kesan piezoelektrik sejak itu telah dieksploitasi untuk pelbagai aplikasi berguna, termasuk pengeluaran dan pengesanan bunyi, pencetakan inkjet piezoelektrik, penjanaan elektrik voltan tinggi, penjana jam dan peranti elektronik seperti pengimbangan mikro dan memacu muncung ultrasonik untuk pemfokusan ultrahalus pemasangan optik. Ia juga membentuk asas pengimbasan mikroskop probe, yang boleh menyelesaikan imej pada skala atom. Selain itu, pikap dalam gitar yang dikuatkan secara elektronik dan pencetus dalam dram elektronik moden menggunakan kesan piezoelektrik.

Piezoelektrik juga mencari kegunaan harian dalam menghasilkan percikan api untuk menyalakan gas dalam peranti memasak dan pemanasan, dalam obor, pemetik api dan banyak lagi. Kesan piroelektrik, di mana bahan menjana potensi elektrik sebagai tindak balas kepada perubahan suhu, telah dikaji oleh Carl Linnaeus dan Franz Aepinus pada pertengahan abad ke-18, menggunakan pengetahuan daripada Rene Hauy dan Antoine Cesar Becquerel, yang menyatakan hubungan antara mekanikal tekanan dan cas elektrik. Eksperimen untuk membuktikan hubungan ini terbukti tidak dapat disimpulkan.

Pemandangan kristal piezo dalam pemampas Curie di Muzium Hunterian di Scotland adalah demonstrasi kesan piezoelektrik langsung oleh saudara Pierre dan Jacques Curie. Menggabungkan pengetahuan mereka tentang piroelektrik dengan pemahaman tentang struktur kristal yang mendasari menimbulkan ramalan piroelektrik, yang membolehkan mereka meramalkan tingkah laku kristal yang mereka tunjukkan dalam kesan kristal seperti turmalin, kuarza, topaz, gula tebu, dan garam Rochelle . Sodium dan potassium tartrate tetrahydrate dan kuarza juga mempamerkan piezoelektrik, dan cakera piezoelektrik digunakan untuk menjana voltan apabila cacat. Perubahan bentuk ini sangat dibesar-besarkan dalam demonstrasi Curies, dan mereka terus meramalkan kesan piezoelektrik sebaliknya. Kesan sebaliknya telah disimpulkan secara matematik daripada prinsip termodinamik asas oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881.

The Curies segera mengesahkan kewujudan kesan sebaliknya, dan terus mendapatkan bukti kuantitatif tentang kebolehbalikan lengkap ubah bentuk elektro-elasto-mekanikal dalam kristal piezoelektrik. Dalam dekad berikutnya, piezoelektrik kekal sebagai rasa ingin tahu makmal, sehingga ia menjadi alat penting dalam penemuan polonium dan radium oleh Pierre Marie Curie, yang menggunakannya untuk meneroka dan mentakrifkan struktur kristal yang mempamerkan piezoelektrik. Ini memuncak dalam penerbitan Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik (Buku Teks Fizik Kristal), yang menerangkan kelas kristal semula jadi yang mampu piezoelektrik dan mentakrifkan pemalar piezoelektrik dengan teliti menggunakan analisis tensor.

Ini membawa kepada aplikasi praktikal peranti piezoelektrik, seperti sonar, yang dibangunkan semasa Perang Dunia I. Di Perancis, Paul Langevin dan rakan sekerjanya membangunkan pengesan kapal selam ultrasonik. Pengesan ini terdiri daripada transduser yang diperbuat daripada kristal kuarza nipis yang dilekatkan dengan teliti pada plat keluli, dan hidrofon untuk mengesan gema yang dikembalikan selepas memancarkan nadi frekuensi tinggi daripada transduser. Dengan mengukur masa yang diperlukan untuk mendengar gema gelombang bunyi yang melantun objek, mereka boleh mengira jarak ke objek itu. Mereka menggunakan piezoelektrik untuk menjayakan sonar ini, dan projek itu mencipta perkembangan dan minat yang sengit.

Hubungan penting

• Penggerak Piezoelektrik: Penggerak piezoelektrik ialah peranti yang menukar tenaga elektrik kepada gerakan mekanikal. Ia biasanya digunakan dalam robotik, peranti perubatan dan aplikasi lain yang memerlukan kawalan pergerakan yang tepat.
• Penderia Piezoelektrik: Penderia piezoelektrik digunakan untuk mengukur parameter fizikal seperti tekanan, pecutan dan getaran. Ia sering digunakan dalam aplikasi industri dan perubatan, serta dalam elektronik pengguna.
• Piezoelektrik dalam Alam Semulajadi: Piezoelektrik ialah fenomena semula jadi dalam bahan tertentu, dan terdapat dalam banyak organisma hidup. Ia digunakan oleh sesetengah organisma untuk merasakan persekitaran mereka dan untuk berkomunikasi dengan organisma lain.

Kesimpulan

Piezoelektrik ialah fenomena menakjubkan yang telah digunakan dalam pelbagai aplikasi, daripada kartrij sonar hingga fonograf. Ia telah dikaji sejak pertengahan 1800-an, dan telah digunakan untuk memberi kesan yang besar dalam pembangunan teknologi moden. Catatan blog ini telah meneroka sejarah dan penggunaan piezoelektrik, dan telah menyerlahkan kepentingan fenomena ini dalam pembangunan teknologi moden. Bagi mereka yang berminat untuk mengetahui lebih lanjut tentang piezoelektrik, siaran ini adalah titik permulaan yang bagus.

Saya Joost Nusselder, pengasas Neaera dan pemasar kandungan, ayah, dan suka mencuba peralatan baharu dengan gitar di tengah-tengah minat saya, dan bersama-sama pasukan saya, saya telah mencipta artikel blog yang mendalam sejak 2020 untuk membantu pembaca setia dengan petua rakaman dan gitar.

Lihat saya di Youtube di mana saya mencuba semua gear ini:

Langgan