Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais gerarem eletricidade quando submetidos a esforços mecânicos e vice-versa. A palavra vem do grego piezo que significa pressão e eletricidade. Foi descoberto pela primeira vez em 1880, mas o conceito é conhecido há muito tempo.
O exemplo mais conhecido de piezoeletricidade é o quartzo, mas muitos outros materiais também exibem esse fenômeno. O uso mais comum da piezoeletricidade é a produção de ultrassom.
Neste artigo, discutirei o que é a piezoeletricidade, como ela funciona e algumas das muitas aplicações práticas desse incrível fenômeno.
O que é piezoeletricidade?
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais de gerar uma carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. É uma interação eletromecânica linear entre estados mecânicos e elétricos em materiais cristalinos com simetria de inversão. Os materiais piezoelétricos podem ser usados para gerar eletricidade de alta tensão, geradores de relógio, dispositivos eletrônicos, microbalanças, acionar bicos ultrassônicos e conjuntos ópticos de foco ultrafino.
Os materiais piezoelétricos incluem cristais, certas cerâmicas, matéria biológica como osso e DNA e proteínas. Quando uma força é aplicada a um material piezelétrico, ela produz uma carga elétrica. Essa carga pode então ser usada para alimentar dispositivos ou criar uma tensão.
Materiais piezelétricos são usados em uma variedade de aplicações, incluindo:
• Produção e detecção de som
• Impressão a jato de tinta piezoelétrica
• Geração de eletricidade de alta tensão
• geradores de relógio
• Dispositivos eletrônicos
• Microbalanças
• Acionar bicos ultrassônicos
• Conjuntos ópticos de focagem ultrafina
. Captadores para guitarras amplificadas eletronicamente
• Gatilhos para bateria eletrônica moderna
• Produção de faíscas para inflamar o gás
• Dispositivos de cozimento e aquecimento
• Lanternas e isqueiros.
Qual é a história da piezoeletricidade?
A piezoeletricidade foi descoberta em 1880 pelos físicos franceses Jacques e Pierre Curie. É a carga elétrica que se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, em resposta ao estresse mecânico aplicado. A palavra 'piezoeletricidade' é derivada da palavra grega 'piezein', que significa 'apertar' ou 'pressionar', e 'elektron', que significa 'âmbar', uma antiga fonte de carga elétrica.
O efeito piezelétrico resulta da interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico de materiais cristalinos com simetria de inversão. É um processo reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de tensão mecânica resultante de um campo elétrico aplicado.
O conhecimento combinado dos Curie sobre piroeletricidade e a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes deu origem à previsão da piroeletricidade e à capacidade de prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado no efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle.
Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletroelastomecânicas em cristais piezoelétricos. Ao longo das décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório até se tornar uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie.
A piezoeletricidade tem sido explorada para muitas aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta tensão, geradores de relógio e dispositivos eletrônicos, microbalanças, bicos ultrassônicos de acionamento, focagem ultrafina de conjuntos ópticos e as formas do base de microscópios de sondagem de varredura para resolver imagens na escala de átomos.
A piezoeletricidade também encontra usos cotidianos, como a geração de faíscas para acender o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, tochas, isqueiros e o efeito piroelétrico, em que um material gera um potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura.
O desenvolvimento do sonar durante a Primeira Guerra Mundial viu o uso de cristais piezoelétricos desenvolvidos pela Bell Telephone Laboratories. Isso permitiu que as forças aéreas aliadas se engajassem em ataques em massa coordenados usando o rádio da aviação. O desenvolvimento de dispositivos e materiais piezoelétricos nos Estados Unidos manteve as empresas no desenvolvimento dos primórdios da guerra no campo dos interesses, garantindo patentes lucrativas para novos materiais.
O Japão viu as novas aplicações e o crescimento da indústria piezoelétrica dos Estados Unidos e rapidamente desenvolveu a sua própria. Eles compartilharam informações rapidamente e desenvolveram titanato de bário e, posteriormente, materiais de titanato de zirconato de chumbo com propriedades específicas para aplicações particulares.
A piezoeletricidade percorreu um longo caminho desde sua descoberta em 1880 e agora é usada em uma variedade de aplicações cotidianas. Também tem sido usado para fazer avanços na pesquisa de materiais, como refletômetros ultrassônicos no domínio do tempo, que enviam um pulso ultrassônico através de um material para medir reflexões e descontinuidades para encontrar falhas dentro de objetos fundidos de metal e pedra, melhorando a segurança estrutural.
Como funciona a piezoeletricidade
Nesta seção, explorarei como a piezoeletricidade funciona. Vou observar o acúmulo de carga elétrica em sólidos, a interação eletromecânica linear e o processo reversível que compõem esse fenômeno. Também discutirei a história da piezoeletricidade e suas aplicações.
Acumulação de carga elétrica em sólidos
A piezoeletricidade é a carga elétrica que se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. É uma resposta ao estresse mecânico aplicado e seu nome vem das palavras gregas “piezein” (apertar ou pressionar) e “ēlektron” (âmbar).
O efeito piezelétrico resulta da interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico em materiais cristalinos com simetria de inversão. É um processo reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também exibem o efeito piezoelétrico reverso, onde a geração interna de tensão mecânica resulta de um campo elétrico aplicado. Exemplos de materiais que geram piezoeletricidade mensurável incluem cristais de titanato de zirconato de chumbo.
Os físicos franceses Pierre e Jacques Curie descobriram a piezoeletricidade em 1880. Desde então, ela foi explorada para uma variedade de aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta voltagem, geradores de relógio e dispositivos eletrônicos como microbalanças e acionar bicos ultrassônicos para focalização ultrafina de montagens ópticas. Ele também forma a base dos microscópios de sondagem de varredura, que podem resolver imagens na escala dos átomos. A piezoeletricidade também é usada em captadores para guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos para baterias eletrônicas modernas.
A piezoeletricidade encontra usos cotidianos na geração de faíscas para inflamar o gás, em dispositivos de cozinha e aquecimento, tochas, isqueiros e no efeito piroelétrico, onde um material gera um potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura. Isso foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII, com base no conhecimento de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postulou uma relação entre estresse mecânico e carga elétrica. Os experimentos se mostraram inconclusivos.
A visão de um cristal piezo no compensador Curie no Hunterian Museum na Escócia é uma demonstração do efeito piezoelétrico direto. Os irmãos Pierre e Jacques Curie combinaram seus conhecimentos de piroeletricidade com a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes, o que deu origem à previsão da piroeletricidade. Eles foram capazes de prever o comportamento do cristal e demonstraram o efeito em cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de potássio e sódio tetra-hidratado e quartzo também exibiram piezoeletricidade. Um disco piezoelétrico gera uma voltagem quando deformado, e a mudança na forma é muito exagerada na demonstração de Curie.
Eles foram capazes de prever o efeito piezoelétrico inverso, e o efeito inverso foi deduzido matematicamente por Gabriel Lippmann em 1881. Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e passaram a obter provas quantitativas da reversibilidade completa da eletroelasto- deformações mecânicas em cristais piezelétricos.
Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório, mas foi uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik (Livro de Física de Cristal) de Woldemar Voigt, que descreveu as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoelétricas por meio da análise tensorial. Esta foi a aplicação prática de dispositivos piezoelétricos, e o sonar foi desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial. Na França, Paul Langevin e seus colegas desenvolveram um detector submarino ultrassônico.
O detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados em placas de aço, e um hidrofone para detectar o eco retornado. Ao emitir um alto freqüência pulso do transdutor e medindo o tempo que leva para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto, eles foram capazes de calcular a distância até o objeto. Eles usaram a piezoeletricidade para fazer do sonar um sucesso, e o projeto gerou um intenso desenvolvimento e interesse em dispositivos piezoelétricos. Ao longo das décadas, novos materiais piezoelétricos e novas aplicações para os materiais foram explorados e desenvolvidos, e os dispositivos piezoelétricos encontraram lares em uma variedade de campos. Os cartuchos fonográficos de cerâmica simplificaram o design do reprodutor e foram feitos para toca-discos baratos e precisos, mais baratos de manter e mais fáceis de construir.
O desenvolvimento de transdutores ultrassônicos permitiu a fácil medição da viscosidade e elasticidade de fluidos e sólidos, resultando em grandes avanços na pesquisa de materiais.
Interação Eletromecânica Linear
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais de gerar uma carga elétrica quando submetidos a estresse mecânico. A palavra é derivada das palavras gregas πιέζειν (piezein) que significa “espremer ou pressionar” e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa “âmbar”, que era uma antiga fonte de carga elétrica.
A piezoeletricidade foi descoberta em 1880 pelos físicos franceses Jacques e Pierre Curie. Baseia-se na interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico de materiais cristalinos com simetria de inversão. Este efeito é reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também exibem um efeito piezoelétrico reverso, pelo qual a geração interna de tensão mecânica resulta de um campo elétrico aplicado. Exemplos de materiais que geram piezoeletricidade mensurável quando deformados de sua estrutura estática incluem cristais de titanato de zirconato de chumbo. Por outro lado, os cristais podem mudar sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado, conhecido como efeito piezoelétrico inverso e é usado na produção de ondas de ultrassom.
A piezoeletricidade tem sido explorada para uma variedade de aplicações úteis, tais como:
• Produção e detecção de som
• Impressão a jato de tinta piezoelétrica
• Geração de eletricidade de alta tensão
• gerador de relógio
• Dispositivos eletrônicos
• Microbalanças
• Acionar bicos ultrassônicos
• Conjuntos ópticos de focagem ultrafina
• Forma a base dos microscópios de sondagem de varredura para resolver imagens na escala de átomos
• Captadores em guitarras amplificadas eletronicamente
• Acionadores em bateria eletrônica moderna
• Geração de faíscas para inflamar o gás em aparelhos de cozinha e aquecimento
• Lanternas e isqueiros
A piezoeletricidade também encontra usos cotidianos no efeito piroelétrico, que é um material que gera um potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura. Isso foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII, com base no conhecimento de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postulou uma relação entre estresse mecânico e carga elétrica. No entanto, os experimentos se mostraram inconclusivos.
A visualização de um cristal piezo no compensador Curie no Hunterian Museum, na Escócia, é uma demonstração do efeito piezoelétrico direto. Foi o trabalho dos irmãos Pierre e Jacques Curie que explorou e definiu as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade, culminando na publicação de Lehrbuch der Kristallphysik (Livro de Física do Cristal) de Woldemar Voigt. Este descreveu as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoelétricas por meio de análise tensorial, levando à aplicação prática de dispositivos piezoelétricos.
O sonar foi desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial, quando o francês Paul Langevin e seus colegas desenvolveram um detector submarino ultrassônico. Esse detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados em placas de aço e um hidrofone para detectar o eco retornado após a emissão de um pulso de alta frequência do transdutor. Ao medir o tempo que leva para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto, eles conseguiram calcular a distância do objeto, fazendo uso da piezoeletricidade. O sucesso deste projeto criou um intenso desenvolvimento e interesse em dispositivos piezelétricos ao longo das décadas, com novos materiais piezoelétricos e novas aplicações para esses materiais sendo explorados e desenvolvidos. Dispositivos piezoelétricos encontraram lares em muitos campos, como cartuchos fonográficos de cerâmica, que simplificaram o design do tocador e tornaram toca-discos mais baratos e precisos, além de mais baratos e fáceis de construir e manter.
O desenvolvimento de transdutores ultrassônicos permitiu a fácil medição da viscosidade e elasticidade de fluidos e sólidos, resultando em grandes avanços na pesquisa de materiais. Refletômetros ultrassônicos no domínio do tempo enviam um pulso ultrassônico para um material e medem as reflexões e descontinuidades para encontrar falhas dentro de objetos fundidos de metal e pedra, melhorando a segurança estrutural. Após a Segunda Guerra Mundial, grupos de pesquisa independentes nos Estados Unidos, Rússia e Japão descobriram uma nova classe de materiais sintéticos chamados ferroelétricos, que exibiam constantes piezoelétricas muitas vezes maiores do que os materiais naturais. Isso levou a uma intensa pesquisa para desenvolver o titanato de bário e, posteriormente, o titanato de zirconato de chumbo, materiais com propriedades específicas para aplicações específicas.
Um exemplo significativo do uso de cristais piezoelétricos foi desenvolvido pela Bell Telephone Laboratories após a Segunda Guerra Mundial. Frederick R. Lack, que trabalha no departamento de engenharia de radiotelefonia,
Processo reversível
A piezoeletricidade é uma carga elétrica que se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. É a resposta desses materiais ao estresse mecânico aplicado. A palavra 'piezoeletricidade' vem das palavras gregas 'piezein' que significa 'apertar' ou 'pressionar' e 'ēlektron' que significa 'âmbar', uma antiga fonte de carga elétrica.
O efeito piezelétrico resulta da interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico de materiais cristalinos com simetria de inversão. É um processo reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de tensão mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Exemplos de materiais que geram piezoeletricidade mensurável incluem cristais de titanato de zirconato de chumbo. Quando a estrutura estática desses cristais é deformada, eles retornam à sua dimensão original e, inversamente, quando um campo elétrico externo é aplicado, eles mudam sua dimensão estática, produzindo ondas de ultrassom.
Os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descobriram a piezoeletricidade em 1880. Desde então, ela foi explorada para uma variedade de aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta voltagem, geradores de relógio, dispositivos eletrônicos, microbalanças, acionar bicos ultrassônicos e conjuntos ópticos de foco ultrafino. Também forma a base para microscópios de sondagem de varredura, que podem resolver imagens na escala de átomos. A piezoeletricidade também é usada em captadores para guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos para baterias eletrônicas modernas.
A piezoeletricidade também encontra usos cotidianos, como gerar faíscas para acender o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, tochas, isqueiros e muito mais. O efeito piroelétrico, em que um material gera um potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus, Franz Aepinus e René Haüy em meados do século XVIII, com base no conhecimento do âmbar. Antoine César Becquerel postulou uma relação entre estresse mecânico e carga elétrica, mas os experimentos se mostraram inconclusivos.
Os visitantes do Hunterian Museum em Glasgow podem ver o Piezo Crystal Curie Compensator, uma demonstração do efeito piezoelétrico direto pelos irmãos Pierre e Jacques Curie. A combinação de seus conhecimentos de piroeletricidade com a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes deu origem à previsão da piroeletricidade e à capacidade de prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado com o efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado e quartzo também exibiram piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico foi usado para gerar uma voltagem quando deformado. Esta mudança na forma foi muito exagerada pelos Curie para prever o efeito piezoelétrico inverso. O efeito inverso foi deduzido matematicamente dos princípios termodinâmicos fundamentais por Gabriel Lippmann em 1881.
Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletroelastomecânicas em cristais piezoelétricos. Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório, mas foi uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik de Woldemar Voigt (Textbook of Crystal Physics). Isso descreveu as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoelétricas usando análise tensorial.
A aplicação prática de dispositivos piezoelétricos, como o sonar, foi desenvolvida durante a Primeira Guerra Mundial. Na França, Paul Langevin e seus colegas desenvolveram um detector submarino ultrassônico. Esse detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados em placas de aço e um hidrofone para detectar o eco retornado. Emitindo um pulso de alta frequência do transdutor e medindo o tempo que leva para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto, eles conseguiram calcular a distância do objeto. Eles usaram piezoeletricidade para tornar este sonar um sucesso. Este projeto criou um intenso desenvolvimento e interesse em dispositivos piezelétricos, e ao longo das décadas novos materiais piezoelétricos e novas aplicações para esses materiais foram explorados e desenvolvidos. Dispositivos piezoelétricos
O que causa a piezoeletricidade?
Nesta seção, explorarei as origens da piezoeletricidade e os vários materiais que exibem esse fenômeno. Estarei olhando para a palavra grega 'piezein', a antiga fonte de carga elétrica e o efeito da piroeletricidade. Também discutirei as descobertas de Pierre e Jacques Curie e o desenvolvimento de dispositivos piezoelétricos no século XX.
Palavra Grega Piezein
A piezoeletricidade é o acúmulo de carga elétrica em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. É causada pela resposta desses materiais ao estresse mecânico aplicado. A palavra piezoeletricidade vem da palavra grega “piezein”, que significa “apertar ou pressionar”, e “ēlektron”, que significa “âmbar”, uma antiga fonte de carga elétrica.
O efeito piezelétrico resulta da interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico de materiais cristalinos com simetria de inversão. É um processo reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de deformação mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Por exemplo, cristais de titanato de zirconato de chumbo geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, os cristais podem mudar sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado, conhecido como efeito piezoelétrico inverso e é a produção de ondas de ultrassom.
Os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descobriram a piezoeletricidade em 1880. O efeito piezoelétrico foi explorado para muitas aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão piezoelétrica a jato de tinta, geração de eletricidade de alta voltagem, geradores de relógio e dispositivos eletrônicos como microbalanças , dirija bicos ultrassônicos e conjuntos ópticos de foco ultrafino. Ele também forma a base dos microscópios de sondagem de varredura, que podem resolver imagens na escala dos átomos. A piezoeletricidade também é usada em captadores para guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos para baterias eletrônicas modernas.
A piezoeletricidade encontra usos cotidianos, como gerar faíscas para acender o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, tochas, isqueiros e muito mais. O efeito piroelétrico, que é a geração de potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII, valendo-se dos conhecimentos de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postularam uma relação entre tensão mecânica e carga elétrica. Os experimentos se mostraram inconclusivos.
No museu da Escócia, os visitantes podem ver um compensador Curie de cristal piezo, uma demonstração do efeito piezoelétrico direto pelos irmãos Pierre e Jacques Curie. A combinação de seus conhecimentos de piroeletricidade com a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes deu origem à previsão da piroeletricidade e à capacidade de prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado pelo efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado e quartzo do sal de Rochelle exibiram piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico gera tensão quando deformado. Essa mudança de forma é muito exagerada na demonstração de Curie.
Os Curie obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletro-elasto-mecânicas em cristais piezoelétricos. Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório até se tornar uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik de Woldemar Voigt (Textbook of Crystal Physics). Isso descreveu as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoelétricas por meio da análise tensorial.
Essa aplicação prática da piezoeletricidade levou ao desenvolvimento do sonar durante a Primeira Guerra Mundial. Na França, Paul Langevin e seus colegas desenvolveram um detector submarino ultrassônico. O detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados a placas de aço, chamado de hidrofone, para detectar o eco retornado após a emissão de um pulso de alta frequência. O transdutor mediu o tempo que levou para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto para calcular a distância do objeto. O uso de piezoeletricidade em sonar foi um sucesso, e o projeto gerou um intenso desenvolvimento e interesse em dispositivos piezoelétricos por décadas.
Novos materiais piezoelétricos e novas aplicações para esses materiais foram explorados e desenvolvidos, e os dispositivos piezoelétricos encontraram lares em muitos campos, como cartuchos de fonógrafos de cerâmica, que simplificaram o design do tocador e criaram toca-discos mais baratos e precisos, mais baratos de manter e mais fáceis de usar. construir. O desenvolvimento
Antiga Fonte de Carga Elétrica
A piezoeletricidade é a carga elétrica que se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. É causada pela resposta do material ao estresse mecânico aplicado. A palavra 'piezoeletricidade' vem da palavra grega 'piezein', que significa 'espremer ou pressionar', e da palavra 'elektron', que significa 'âmbar', uma antiga fonte de carga elétrica.
O efeito piezelétrico resulta da interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico de materiais cristalinos com simetria de inversão. É um processo reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de deformação mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Por exemplo, cristais de titanato de zirconato de chumbo geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, quando um campo elétrico externo é aplicado, os cristais mudam sua dimensão estática em um efeito piezoelétrico inverso, produzindo ondas de ultrassom.
O efeito piezoelétrico foi descoberto em 1880 pelos físicos franceses Jacques e Pierre Curie. É explorado para uma variedade de aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta tensão, geradores de relógio e dispositivos eletrônicos como microbalanças e bicos ultrassônicos de acionamento para focagem ultrafina de conjuntos ópticos. Ele também forma a base para microscópios de sondagem de varredura, que são usados para resolver imagens na escala de átomos. A piezoeletricidade também é usada em captadores para guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos para baterias eletrônicas modernas.
A piezoeletricidade encontra usos cotidianos na geração de faíscas para inflamar o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, tochas, isqueiros e muito mais. O efeito piroelétrico, que é a produção de potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII, valendo-se dos conhecimentos de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postularam uma relação entre tensão e carga elétrica. No entanto, seus experimentos se mostraram inconclusivos.
A visão de um cristal piezoelétrico e do compensador Curie no Hunterian Museum, na Escócia, demonstra o efeito piezoelétrico direto. Foi o trabalho dos irmãos Pierre e Jacques Curie que explorou e definiu as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade, culminando na publicação de Lehrbuch der Kristallphysik (Livro de Física do Cristal) de Woldemar Voigt. Este descreveu as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoelétricas por meio de análise tensorial, permitindo a aplicação prática de dispositivos piezoelétricos.
O sonar foi desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial pelo francês Paul Langevin e seus colegas de trabalho, que desenvolveram um detector submarino ultrassônico. O detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados em placas de aço e um hidrofone para detectar o eco retornado. Emitindo um pulso de alta frequência do transdutor e medindo o tempo que leva para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto, eles conseguiram calcular a distância até o objeto. Eles usaram piezoeletricidade para tornar este sonar um sucesso. O projeto criou um intenso desenvolvimento e interesse em dispositivos piezoelétricos por décadas.
Piroeletricidade
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais de acumular carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. É uma interação eletromecânica linear entre os estados mecânicos e elétricos de materiais cristalinos com simetria de inversão. A palavra “piezoeletricidade” é derivada da palavra grega “piezein”, que significa “apertar ou pressionar”, e da palavra grega “ēlektron”, que significa “âmbar”, uma antiga fonte de carga elétrica.
O efeito piezoelétrico foi descoberto pelos físicos franceses Jacques e Pierre Curie em 1880. É um processo reversível, o que significa que os materiais que exibem o efeito piezoelétrico também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de tensão mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Exemplos de materiais que geram piezoeletricidade mensurável incluem cristais de titanato de zirconato de chumbo. Quando uma estrutura estática é deformada, ela retorna à sua dimensão original. Por outro lado, quando um campo elétrico externo é aplicado, o efeito piezoelétrico inverso é produzido, resultando na produção de ondas de ultrassom.
O efeito piezoelétrico é explorado para muitas aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta tensão, geradores de relógio e dispositivos eletrônicos como microbalanças, bicos ultrassônicos de acionamento e conjuntos ópticos de foco ultrafino. É também a base para microscópios de sondagem de varredura, que são usados para resolver imagens na escala de átomos. A piezoeletricidade também é usada em captadores para guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos para baterias eletrônicas modernas.
A piezoeletricidade encontra usos cotidianos, como gerar faíscas para acender o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, tochas, isqueiros e muito mais. O efeito piroelétrico, que é a produção de potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII, valendo-se do conhecimento de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postularam uma relação entre tensão mecânica e carga elétrica. No entanto, os experimentos se mostraram inconclusivos.
A visão de um cristal piezo no Curie Compensator Museum, na Escócia, é uma demonstração do efeito piezoelétrico direto. Os irmãos Pierre e Jacques Curie combinaram seus conhecimentos de piroeletricidade e sua compreensão das estruturas cristalinas subjacentes para dar origem à compreensão da piroeletricidade e prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado no efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Verificou-se que o tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado e o quartzo exibem piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico foi usado para gerar uma voltagem quando deformado. Isso foi muito exagerado pelos Curie para prever o efeito piezoelétrico inverso. O efeito inverso foi deduzido matematicamente por princípios termodinâmicos fundamentais por Gabriel Lippmann em 1881.
Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletroelastomecânicas em cristais piezoelétricos. Nas décadas que se seguiram, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório até se tornar uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik de Woldemar Voigt (Textbook of Crystal Physics).
O desenvolvimento do sonar foi um sucesso, e o projeto gerou um intenso desenvolvimento e interesse em dispositivos piezoelétricos. Nas décadas seguintes, novos materiais piezoelétricos e novas aplicações para esses materiais foram explorados e desenvolvidos. Dispositivos piezoelétricos encontraram lares em muitos campos, como cartuchos de fonógrafos de cerâmica, que simplificaram o design do tocador e tornaram toca-discos mais baratos e precisos, mais baratos de manter e mais fáceis de construir. O desenvolvimento de transdutores ultrassônicos permitiu a fácil medição da viscosidade e elasticidade de fluidos e sólidos, resultando em grandes avanços na pesquisa de materiais. Refletômetros ultrassônicos no domínio do tempo enviam um pulso ultrassônico para um material e medem as reflexões e descontinuidades para encontrar falhas dentro de objetos fundidos de metal e pedra, melhorando a segurança estrutural.
Após a Segunda Guerra Mundial, grupos de pesquisa independentes nos Estados Unidos, Rússia e Japão descobriram uma nova classe de materiais sintéticos chamados ferroelétricos, que exibiam constantes piezoelétricas que eram
Materiais Piezoelétricos
Nesta seção, discutirei os materiais que exibem o efeito piezoelétrico, que é a capacidade de certos materiais de acumular carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. Estarei olhando para cristais, cerâmica, matéria biológica, osso, DNA e proteínas, e como todos eles respondem ao efeito piezoelétrico.
Cristais
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais de acumular carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. A palavra piezoeletricidade é derivada das palavras gregas πιέζειν (piezein) que significa 'apertar' ou 'pressionar' e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa 'âmbar', uma antiga fonte de carga elétrica. Materiais piezelétricos incluem cristais, cerâmica, matéria biológica, osso, DNA e proteínas.
Piezoeletricidade é uma interação eletromecânica linear entre estados mecânicos e elétricos em materiais cristalinos com simetria de inversão. Esse efeito é reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de deformação mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Exemplos de materiais que geram piezoeletricidade mensurável incluem cristais de titanato de zirconato de chumbo, que podem ser deformados em sua dimensão original ou, inversamente, alterar sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado. Isso é conhecido como efeito piezoelétrico inverso e é usado para produzir ondas ultrassônicas.
Os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descobriram a piezoeletricidade em 1880. O efeito piezoelétrico foi explorado para uma variedade de aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta voltagem, geradores de relógio e dispositivos eletrônicos como como microbalanças, bicos ultrassônicos de acionamento e conjuntos ópticos de foco ultrafino. Ele também forma a base para microscópios de sondagem de varredura, que são usados para resolver imagens na escala de átomos. Captadores piezoelétricos também são usados em guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos em baterias eletrônicas modernas.
A piezoeletricidade encontra usos cotidianos na geração de faíscas para inflamar o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, bem como em tochas e isqueiros. O efeito piroelétrico, que é a geração de potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII, valendo-se do conhecimento de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postularam uma relação entre tensão e carga elétrica. Experimentos para provar essa teoria foram inconclusivos.
A visão de um cristal piezo no compensador Curie no Hunterian Museum na Escócia é uma demonstração do efeito piezoelétrico direto. Os irmãos Pierre e Jacques Curie combinaram seus conhecimentos de piroeletricidade com a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes para dar origem à previsão da piroeletricidade. Eles foram capazes de prever o comportamento do cristal e demonstraram o efeito em cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de potássio e sódio tetra-hidratado e quartzo também exibiram piezoeletricidade. Um disco piezoelétrico gera tensão quando deformado; a mudança de forma é muito exagerada na demonstração de Curie.
Eles também foram capazes de prever o efeito piezoelétrico inverso e deduzir matematicamente os princípios termodinâmicos fundamentais por trás dele. Gabriel Lippmann fez isso em 1881. Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletro-elasto-mecânicas em cristais piezoelétricos.
Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório, mas foi uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik de Woldemar Voigt (Textbook of Crystal Physics), que descreveu as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoelétricas usando análise tensorial.
A aplicação prática de dispositivos piezoelétricos em sonar foi desenvolvida durante a Primeira Guerra Mundial. Na França, Paul Langevin e seus colegas desenvolveram um detector submarino ultrassônico. Esse detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados a placas de aço, chamado de hidrofone, para detectar o eco retornado após a emissão de um pulso de alta frequência. Ao medir o tempo que leva para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto, eles foram capazes de calcular a distância até o objeto. Esse uso de piezoeletricidade em sonar foi um sucesso, e o projeto criou um intenso desenvolvimento e interesse em dispositivos piezoelétricos ao longo das décadas.
Cerâmica
Materiais piezoelétricos são sólidos que acumulam carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. Piezoeletricidade é derivada das palavras gregas πιέζειν (piezein) que significa 'apertar' ou 'pressionar' e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa 'âmbar', uma antiga fonte de carga elétrica. Os materiais piezoelétricos são usados em uma variedade de aplicações, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica e geração de eletricidade de alta voltagem.
Materiais piezoelétricos são encontrados em cristais, cerâmica, matéria biológica, osso, DNA e proteínas. As cerâmicas são os materiais piezoelétricos mais comuns usados em aplicações cotidianas. As cerâmicas são feitas de uma combinação de óxidos metálicos, como titanato de zirconato de chumbo (PZT), que são aquecidos a altas temperaturas para formar um sólido. A cerâmica é altamente durável e pode suportar temperaturas e pressões extremas.
Cerâmicas piezoelétricas têm uma variedade de usos, incluindo:
• Gerar faíscas para inflamar o gás para cozinhar e dispositivos de aquecimento, como tochas e isqueiros.
• Geração de ondas de ultrassom para imagens médicas.
• Geração de eletricidade de alta tensão para geradores de relógio e dispositivos eletrônicos.
• Geração de microbalanças para uso em pesagem de precisão.
• Acionamento de bicos ultrassônicos para focagem ultrafina de montagens ópticas.
• Formar a base para microscópios de sondagem de varredura, que podem resolver imagens na escala de átomos.
• Captadores para guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos para baterias eletrônicas modernas.
As cerâmicas piezoelétricas são usadas em uma ampla gama de aplicações, desde eletrônicos de consumo até imagens médicas. Eles são altamente duráveis e podem suportar temperaturas e pressões extremas, tornando-os ideais para uso em uma variedade de indústrias.
matéria biológica
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais de acumular carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. É derivado da palavra grega 'piezein', que significa 'espremer ou pressionar', e 'ēlektron', que significa 'âmbar', uma antiga fonte de carga elétrica.
Matéria biológica como osso, DNA e proteínas estão entre os materiais que exibem piezoeletricidade. Esse efeito é reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de deformação mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Exemplos desses materiais incluem cristais de titanato de zirconato de chumbo, que geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, quando um campo elétrico externo é aplicado, os cristais mudam sua dimensão estática, produzindo ondas de ultrassom por meio do efeito piezoelétrico inverso.
A descoberta da piezoeletricidade foi feita pelos físicos franceses Jacques e Pierre Curie em 1880. Desde então, ela tem sido explorada para uma variedade de aplicações úteis, como:
• Produção e detecção de som
• Impressão a jato de tinta piezoelétrica
• Geração de eletricidade de alta tensão
• gerador de relógio
• Dispositivos eletrônicos
• Microbalanças
• Acionar bicos ultrassônicos
• Conjuntos ópticos de focagem ultrafina
• Forma a base dos microscópios de sondagem de varredura
• Resolva imagens na escala de átomos
• Captadores em guitarras amplificadas eletronicamente
• Acionadores em bateria eletrônica moderna
A piezoeletricidade também é usada em itens do dia a dia, como dispositivos de aquecimento e cozimento a gás, tochas, isqueiros e muito mais. O efeito piroelétrico, que é a produção de potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII. Com base no conhecimento de René Haüy e Antoine César Becquerel, eles postularam uma relação entre estresse mecânico e carga elétrica, mas seus experimentos se mostraram inconclusivos.
A visão de um cristal piezo no Curie Compensator no Hunterian Museum na Escócia é uma demonstração do efeito piezoelétrico direto. Os irmãos Pierre e Jacques Curie combinaram seus conhecimentos de piroeletricidade e sua compreensão das estruturas cristalinas subjacentes para dar origem à previsão da piroeletricidade e prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado pelo efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado e quartzo também exibiram piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico foi usado para gerar uma voltagem quando deformado. Este efeito foi muito exagerado pelos Curie para prever o efeito piezoelétrico inverso. O efeito inverso foi deduzido matematicamente dos princípios termodinâmicos fundamentais por Gabriel Lippmann em 1881.
Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletroelastomecânicas em cristais piezoelétricos. Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório até se tornar uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação de 'Lehrbuch der Kristallphysik' de Woldemar Voigt (Livro de Física de Cristal).
Osso
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais de acumular carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. O osso é um desses materiais que exibe esse fenômeno.
O osso é um tipo de matéria biológica composta de proteínas e minerais, incluindo colágeno, cálcio e fósforo. É o mais piezoelétrico de todos os materiais biológicos e é capaz de gerar uma tensão quando submetido a estresse mecânico.
O efeito piezoelétrico no osso é resultado de sua estrutura única. É composto por uma rede de fibras de colágeno que são incorporadas em uma matriz de minerais. Quando o osso é submetido a estresse mecânico, as fibras de colágeno se movem, fazendo com que os minerais se polarizem e gerem uma carga elétrica.
O efeito piezoelétrico no osso tem várias aplicações práticas. É usado em imagens médicas, como ultrassom e imagens de raios-X, para detectar fraturas ósseas e outras anormalidades. Também é usado em aparelhos auditivos de condução óssea, que usam o efeito piezoelétrico para converter ondas sonoras em sinais elétricos que são enviados diretamente para o ouvido interno.
O efeito piezoelétrico no osso também é usado em implantes ortopédicos, como articulações artificiais e membros protéticos. Os implantes usam o efeito piezoelétrico para converter energia mecânica em energia elétrica, que é então usada para alimentar o dispositivo.
Além disso, o efeito piezoelétrico no osso está sendo explorado para uso no desenvolvimento de novos tratamentos médicos. Por exemplo, os pesquisadores estão investigando o uso de piezoeletricidade para estimular o crescimento ósseo e reparar tecidos danificados.
No geral, o efeito piezoelétrico no osso é um fenômeno fascinante com uma ampla gama de aplicações práticas. Ele está sendo usado em uma variedade de aplicações médicas e tecnológicas e está sendo explorado para uso no desenvolvimento de novos tratamentos.
DNA
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais de acumular carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. O DNA é um desses materiais que exibe esse efeito. O DNA é uma molécula biológica encontrada em todos os organismos vivos e é composto por quatro bases de nucleotídeos: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T).
O DNA é uma molécula complexa que pode ser usada para gerar carga elétrica quando submetida a estresse mecânico. Isso se deve ao fato de que as moléculas de DNA são compostas por duas cadeias de nucleotídeos que são mantidas juntas por pontes de hidrogênio. Quando essas ligações são quebradas, a carga elétrica é gerada.
O efeito piezoelétrico do DNA tem sido usado em uma variedade de aplicações, incluindo:
• Geração de eletricidade para implantes médicos
• Detecção e medição de forças mecânicas em células
• Desenvolvimento de sensores em nanoescala
• Criação de biossensores para sequenciamento de DNA
• Geração de ondas de ultrassom para geração de imagens
O efeito piezoelétrico do DNA também está sendo explorado para seu uso potencial no desenvolvimento de novos materiais, como nanofios e nanotubos. Esses materiais podem ser usados para uma variedade de aplicações, incluindo armazenamento e detecção de energia.
O efeito piezoelétrico do DNA foi estudado extensivamente e descobriu-se ser altamente sensível ao estresse mecânico. Isso o torna uma ferramenta valiosa para pesquisadores e engenheiros que buscam desenvolver novos materiais e tecnologias.
Em conclusão, o DNA é um material que exibe o efeito piezoelétrico, que é a capacidade de acumular carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. Este efeito tem sido usado em uma variedade de aplicações, incluindo implantes médicos, sensores em nanoescala e sequenciamento de DNA. Também está sendo explorado por seu potencial de uso no desenvolvimento de novos materiais, como nanofios e nanotubos.
Proteínas
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais de acumular carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. Materiais piezelétricos, como proteínas, cristais, cerâmicas e matéria biológica como osso e DNA, exibem esse efeito. As proteínas, em particular, são um material piezoelétrico único, pois são compostas por uma estrutura complexa de aminoácidos que podem ser deformados para gerar carga elétrica.
As proteínas são o tipo mais abundante de material piezelétrico e são encontradas em uma variedade de formas. Eles podem ser encontrados na forma de enzimas, hormônios e anticorpos, bem como na forma de proteínas estruturais como colágeno e queratina. As proteínas também são encontradas na forma de proteínas musculares, que são responsáveis pela contração e relaxamento muscular.
O efeito piezoelétrico das proteínas se deve ao fato de serem compostas por uma estrutura complexa de aminoácidos. Quando esses aminoácidos são deformados, eles geram carga elétrica. Essa carga elétrica pode então ser usada para alimentar uma variedade de dispositivos, como sensores e atuadores.
As proteínas também são usadas em uma variedade de aplicações médicas. Por exemplo, eles são usados para detectar a presença de certas proteínas no corpo, que podem ser usadas para diagnosticar doenças. Eles também são usados para detectar a presença de certas bactérias e vírus, que podem ser usados para diagnosticar infecções.
As proteínas também são usadas em uma variedade de aplicações industriais. Por exemplo, eles são usados para criar sensores e atuadores para uma variedade de processos industriais. Eles também são usados para criar materiais que podem ser usados na construção de aeronaves e outros veículos.
Em conclusão, as proteínas são um material piezoelétrico único que pode ser usado em uma variedade de aplicações. Eles são compostos por uma estrutura complexa de aminoácidos que podem ser deformados para gerar carga elétrica e são usados em uma variedade de aplicações médicas e industriais.
Colheita de energia com piezoeletricidade
Nesta seção, discutirei como a piezoeletricidade pode ser usada para coletar energia. Estarei examinando as várias aplicações da piezoeletricidade, desde impressão a jato de tinta piezoelétrica até geradores de relógio e microbalanças. Também explorarei a história da piezoeletricidade, desde sua descoberta por Pierre Curie até seu uso na Segunda Guerra Mundial. Por fim, discutirei o estado atual da indústria piezoelétrica e o potencial de crescimento futuro.
Impressão a jato de tinta piezoelétrica
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais de gerar uma carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. A palavra 'piezoeletricidade' é derivada das palavras gregas 'piezein' (apertar ou pressionar) e 'elektron' (âmbar), uma antiga fonte de carga elétrica. Materiais piezoelétricos, como cristais, cerâmica e matéria biológica como osso e DNA, são usados em uma variedade de aplicações.
A piezoeletricidade é usada para gerar eletricidade de alta tensão, como gerador de relógio, em dispositivos eletrônicos e em microbalanças. Também é usado para acionar bicos ultrassônicos e conjuntos ópticos de foco ultrafino. A impressão a jato de tinta piezoelétrica é uma aplicação popular dessa tecnologia. Este é um tipo de impressão que usa cristais piezoelétricos para gerar uma vibração de alta frequência, que é usada para ejetar gotas de tinta em uma página.
A descoberta da piezoeletricidade remonta a 1880, quando os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descobriram o efeito. Desde então, o efeito piezoelétrico tem sido explorado para uma variedade de aplicações úteis. A piezoeletricidade é usada em itens do dia a dia, como dispositivos de cozimento e aquecimento a gás, tochas, isqueiros e captadores em guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos em baterias eletrônicas modernas.
A piezoeletricidade também é usada em pesquisas científicas. É a base para microscópios de sondagem de varredura, que são usados para resolver imagens em uma escala de átomos. Também é usado em refletômetros ultrassônicos no domínio do tempo, que enviam pulsos ultrassônicos para um material e medem as reflexões para detectar descontinuidades e encontrar falhas dentro de objetos fundidos de metal e pedra.
O desenvolvimento de dispositivos e materiais piezoelétricos foi impulsionado pela necessidade de melhor desempenho e processos de fabricação mais fáceis. Nos Estados Unidos, o desenvolvimento de cristais de quartzo para uso comercial tem sido um fator importante no crescimento da indústria piezoelétrica. Por outro lado, os fabricantes japoneses conseguiram compartilhar informações rapidamente e desenvolver novos aplicativos, levando a um rápido crescimento no mercado japonês.
A piezoeletricidade revolucionou a forma como usamos a energia, desde itens do dia a dia, como isqueiros, até pesquisas científicas avançadas. É uma tecnologia versátil que nos permitiu explorar e desenvolver novos materiais e aplicações, e continuará a ser uma parte importante de nossas vidas nos próximos anos.
Geração de Eletricidade em Alta Tensão
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais sólidos de acumular carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. A palavra 'piezoeletricidade' é derivada das palavras gregas 'piezein' que significa 'apertar' ou 'pressionar' e 'ēlektron' que significa 'âmbar', uma antiga fonte de carga elétrica. Piezoeletricidade é uma interação eletromecânica linear entre estados mecânicos e elétricos em materiais cristalinos com simetria de inversão.
O efeito piezoelétrico é um processo reversível; materiais que exibem piezoeletricidade também exibem o efeito piezoelétrico reverso, a geração interna de deformação mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Por exemplo, cristais de titanato de zirconato de chumbo geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, os cristais podem mudar sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado, fenômeno conhecido como efeito piezoelétrico inverso, que é usado na produção de ondas de ultrassom.
O efeito piezoelétrico é utilizado em diversas aplicações, inclusive na geração de eletricidade em alta tensão. Os materiais piezoelétricos são usados na produção e detecção de som, na impressão a jato de tinta piezoelétrica, em geradores de relógio, em dispositivos eletrônicos, em microbalanças, em bicos ultrassônicos de acionamento e em conjuntos ópticos de focagem ultrafina.
A piezoeletricidade também é usada em aplicações cotidianas, como a geração de faíscas para inflamar o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, em tochas, isqueiros e materiais de efeito piroelétrico, que geram potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura. Este efeito foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII, com base no conhecimento de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postularam uma relação entre estresse mecânico e carga elétrica, embora seus experimentos tenham se mostrado inconclusivos.
O conhecimento combinado da piroeletricidade e a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes deram origem à previsão da piroeletricidade e à capacidade de prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado pelo efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado e quartzo também exibiram piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico foi usado para gerar uma voltagem quando deformado. Isso foi muito exagerado na demonstração de Curie do efeito piezoelétrico direto.
Os irmãos Pierre e Jacques Curie obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletroelasto-mecânicas em cristais piezoelétricos. Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório, mas foi uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik de Woldemar Voigt (Textbook of Crystal Physics), que descreveu as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoelétricas usando análise tensorial.
A aplicação prática de dispositivos piezoelétricos começou com o desenvolvimento do sonar durante a Primeira Guerra Mundial. Na França, Paul Langevin e seus colegas desenvolveram um detector submarino ultrassônico. O detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados em placas de aço e um hidrofone para detectar o eco retornado. Emitindo um pulso de alta frequência do transdutor e medindo o tempo que leva para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto, eles conseguiram calcular a distância do objeto. Eles usaram a piezoeletricidade para tornar o sonar um sucesso, e o projeto gerou um intenso desenvolvimento e interesse em dispositivos piezoelétricos nas décadas seguintes.
Novos materiais piezelétricos e novas aplicações para esses materiais foram explorados e desenvolvidos. Dispositivos piezoelétricos encontraram lares em uma variedade de campos, como cartuchos de fonógrafos de cerâmica, que simplificaram o design do tocador e tornaram toca-discos mais baratos e precisos, mais baratos de manter e mais fáceis de construir. O desenvolvimento de transdutores ultrassônicos permitiu a fácil medição da viscosidade e elasticidade de fluidos e sólidos, resultando em grandes avanços na pesquisa de materiais. Refletômetros ultrassônicos no domínio do tempo enviam um pulso ultrassônico para um material e medem as reflexões e descontinuidades para encontrar falhas dentro de objetos fundidos de metal e pedra, melhorando a segurança estrutural.
A Segunda Guerra Mundial viu grupos de pesquisa independentes nos Estados Unidos, Rússia e Japão descobrirem uma nova classe de materiais sintéticos chamados fer
Gerador de relógio
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais de acumular carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. Este fenômeno tem sido usado para criar uma série de aplicações úteis, incluindo geradores de clock. Geradores de relógio são dispositivos que usam piezoeletricidade para gerar sinais elétricos com temporização precisa.
Os geradores de relógio são usados em uma variedade de aplicações, como em computadores, telecomunicações e sistemas automotivos. Eles também são usados em dispositivos médicos, como marca-passos, para garantir o tempo preciso dos sinais elétricos. Geradores de relógio também são usados em automação industrial e robótica, onde o tempo preciso é essencial.
O efeito piezoelétrico é baseado na interação eletromecânica linear entre estados mecânicos e elétricos em materiais cristalinos com simetria de inversão. Esse efeito é reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também podem gerar tensões mecânicas quando um campo elétrico é aplicado. Isso é conhecido como efeito piezoelétrico inverso e é usado para produzir ondas ultrassônicas.
Os geradores de relógio usam esse efeito piezoelétrico inverso para gerar sinais elétricos com temporização precisa. O material piezelétrico é deformado por um campo elétrico, que o faz vibrar em uma frequência específica. Essa vibração é então convertida em um sinal elétrico, que é usado para gerar um sinal de temporização preciso.
Os geradores de relógio são usados em uma variedade de aplicações, desde dispositivos médicos até automação industrial. Eles são confiáveis, precisos e fáceis de usar, tornando-os uma escolha popular para muitas aplicações. A piezoeletricidade é uma parte importante da tecnologia moderna e os geradores de relógio são apenas uma das muitas aplicações desse fenômeno.
Dispositivos eletrônicos
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais sólidos de acumular carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. Esse fenômeno, conhecido como efeito piezoelétrico, é usado em uma variedade de dispositivos eletrônicos, desde captadores em guitarras amplificadas eletronicamente até gatilhos em baterias eletrônicas modernas.
Piezoeletricidade é derivada das palavras gregas πιέζειν (piezein) que significa “apertar” ou “pressionar” e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa “âmbar”, uma antiga fonte de carga elétrica. Materiais piezoelétricos são cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e proteínas de DNA, que exibem o efeito piezoelétrico.
O efeito piezelétrico é uma interação eletromecânica linear entre estados mecânicos e elétricos em materiais cristalinos com simetria de inversão. É um processo reversível, o que significa que os materiais que exibem o efeito piezoelétrico também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de tensão mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Por exemplo, cristais de titanato de zirconato de chumbo geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, os cristais podem mudar sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado, fenômeno conhecido como efeito piezoelétrico inverso, que é usado na produção de ondas de ultrassom.
A descoberta da piezoeletricidade é creditada aos físicos franceses Pierre e Jacques Curie, que demonstraram o efeito piezoelétrico direto em 1880. o comportamento cristalino foi demonstrado com o efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle.
A piezoeletricidade tem sido usada em uma variedade de aplicações cotidianas, como a geração de faíscas para inflamar o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, tochas, isqueiros e materiais de efeito piroelétrico que geram potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura. Isso foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII, com base no conhecimento de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postulou uma relação entre estresse mecânico e carga elétrica. Os experimentos se mostraram inconclusivos, no entanto, até que a visão de um cristal piezo no museu compensador Curie, na Escócia, demonstrou o efeito piezoelétrico direto dos irmãos Curie.
A piezoeletricidade é usada em uma variedade de dispositivos eletrônicos, desde captadores em guitarras amplificadas eletronicamente até gatilhos em baterias eletrônicas modernas. Também é usado na produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta tensão, geradores de relógio, microbalanças, bicos ultrassônicos de acionamento e conjuntos ópticos de foco ultrafino. A piezoeletricidade também é a base para os microscópios de sondagem de varredura, que são usados para resolver imagens na escala dos átomos.
Microbalanças
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais sólidos de acumular carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. Piezoeletricidade é derivada das palavras gregas πιέζειν (piezein), que significa “apertar” ou “pressionar”, e ἤλεκτρον (ēlektron), que significa “âmbar”, uma antiga fonte de carga elétrica.
A piezoeletricidade é usada em uma variedade de aplicações cotidianas, como gerar faíscas para acender o gás para cozinhar e aquecer dispositivos, tochas, isqueiros e muito mais. Também é usado na produção e detecção de som e na impressão a jato de tinta piezoelétrica.
A piezoeletricidade também é usada para gerar eletricidade de alta tensão e é a base de geradores de relógio e dispositivos eletrônicos, como microbalanças. A piezoeletricidade também é usada para acionar bicos ultrassônicos e conjuntos ópticos de foco ultrafino.
A descoberta da piezoeletricidade é creditada aos físicos franceses Jacques e Pierre Curie em 1880. Os irmãos Curie combinaram seus conhecimentos de piroeletricidade e sua compreensão das estruturas cristalinas subjacentes para dar origem ao conceito de piezoeletricidade. Eles foram capazes de prever o comportamento do cristal e demonstraram o efeito em cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle.
O efeito piezoelétrico foi explorado para aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som. O desenvolvimento do sonar durante a Primeira Guerra Mundial foi um grande avanço no uso da piezoeletricidade. Após a Segunda Guerra Mundial, grupos de pesquisa independentes nos Estados Unidos, Rússia e Japão descobriram uma nova classe de materiais sintéticos chamados ferroelétricos, que exibiam constantes piezoelétricas até dez vezes maiores que os materiais naturais.
Isso levou a uma intensa pesquisa e desenvolvimento de titanato de bário e, posteriormente, de materiais de titanato de zirconato de chumbo, que tinham propriedades específicas para aplicações específicas. Um exemplo significativo do uso de cristais piezelétricos foi desenvolvido na Bell Telephone Laboratories após a Segunda Guerra Mundial.
Frederick R. Lack, trabalhando no departamento de engenharia de radiotelefonia, desenvolveu um cristal lapidado que operava em uma ampla faixa de temperaturas. O cristal de Lack não precisava dos acessórios pesados dos cristais anteriores, facilitando seu uso em aeronaves. Este desenvolvimento permitiu que as forças aéreas aliadas se engajassem em ataques em massa coordenados usando rádio de aviação.
O desenvolvimento de dispositivos e materiais piezoelétricos nos Estados Unidos manteve várias empresas em atividade, e o desenvolvimento de cristais de quartzo foi explorado comercialmente. Desde então, os materiais piezoelétricos têm sido usados em uma variedade de aplicações, incluindo imagens médicas, limpeza ultrassônica e muito mais.
Bocal ultrassônico de acionamento
A piezoeletricidade é a carga elétrica que se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. É uma resposta ao estresse mecânico aplicado e é derivado das palavras gregas 'piezein', que significa 'apertar' ou 'pressionar', e 'elektron', que significa 'âmbar', uma antiga fonte de carga elétrica.
O efeito piezelétrico é uma interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico de materiais cristalinos com simetria de inversão. É um processo reversível, o que significa que os materiais que exibem o efeito piezoelétrico também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de tensão mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Um exemplo disso são os cristais de titanato de zirconato de chumbo, que geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, quando um campo elétrico externo é aplicado, os cristais mudam sua dimensão estática, resultando no efeito piezoelétrico inverso, que é a produção de ondas ultrassônicas.
Os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descobriram a piezoeletricidade em 1880 e desde então ela tem sido explorada para uma variedade de aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som. A piezoeletricidade também encontra usos cotidianos, como gerar faíscas para acender o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, tochas, isqueiros e muito mais.
O efeito piroelétrico, que é o material que gera um potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus, Franz Aepinus e em meados do século XVIII, obtendo conhecimento de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postulou a relação entre estresse mecânico e carga elétrica. Experimentos para provar isso foram inconclusivos.
A visão de um cristal piezo no Curie Compensator no Hunterian Museum na Escócia é uma demonstração do efeito piezoelétrico direto pelos irmãos Pierre e Jacques Curie. A combinação de seus conhecimentos sobre piroeletricidade e a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes deu origem à previsão da piroeletricidade e permitiu prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado com o efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado e quartzo também exibiram piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico foi usado para gerar uma voltagem quando deformado. Isso foi muito exagerado pelos Curie para prever o efeito piezoelétrico inverso, que foi deduzido matematicamente dos princípios termodinâmicos fundamentais por Gabriel Lippmann em 1881.
Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletroelastomecânicas em cristais piezoelétricos. Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório, mas foi uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie em seu trabalho para explorar e definir estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade. Isso culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik (Livro de Física do Cristal), de Woldemar Voigt, que descrevia as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definia rigorosamente as constantes piezoelétricas por meio da análise tensorial.
A aplicação prática de dispositivos piezoelétricos começou com o sonar, desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial. Na França, Paul Langevin e seus colegas desenvolveram um detector submarino ultrassônico. O detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados a placas de aço, chamado de hidrofone, para detectar o eco retornado após a emissão de um pulso de alta frequência. Ao medir o tempo que leva para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto, eles podem calcular a distância do objeto. Esse uso de piezoeletricidade no sonar foi um sucesso, e o projeto gerou um intenso desenvolvimento e interesse em dispositivos piezoelétricos por décadas.
Novos materiais piezoelétricos e novas aplicações para esses materiais foram explorados e desenvolvidos, e os dispositivos piezoelétricos encontraram casas em campos como cartuchos de fonógrafos de cerâmica, que simplificaram o design do tocador e criaram toca-discos mais baratos e precisos, mais baratos de manter e mais fáceis de construir. . O desenvolvimento de transdutores ultrassônicos permitiu a fácil medição da viscosidade e elasticidade de fluidos e sólidos, resultando em grandes avanços na pesquisa de materiais. Refletômetros ultrassônicos no domínio do tempo enviam um pulso ultrassônico através de um material e medem as reflexões e descontinuidades para encontrar falhas dentro de objetos de metal fundido e pedra
Conjuntos ópticos de foco ultrafino
Piezoeletricidade é a capacidade de certos materiais de acumular carga elétrica quando submetidos a estresse mecânico. É uma interação eletromecânica linear entre estados elétricos e mecânicos de materiais cristalinos com simetria de inversão. A piezoeletricidade é um processo reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de tensão mecânica resultante de um campo elétrico aplicado.
A piezoeletricidade tem sido usada em uma variedade de aplicações, incluindo a produção e detecção de som e a geração de eletricidade de alta tensão. A piezoeletricidade também é usada em impressão a jato de tinta, geradores de relógio, dispositivos eletrônicos, microbalanças, bicos ultrassônicos de acionamento e conjuntos ópticos de foco ultrafino.
A piezoeletricidade foi descoberta em 1880 pelos físicos franceses Jacques e Pierre Curie. O efeito piezoelétrico é explorado em aplicações úteis, como a produção e detecção de som e a geração de eletricidade de alta tensão. A impressão a jato de tinta piezoelétrica também é usada, bem como geradores de relógio, dispositivos eletrônicos, microbalanças, bicos ultrassônicos de acionamento e conjuntos ópticos de foco ultrafino.
A piezoeletricidade encontrou seu caminho para usos cotidianos, como a geração de faíscas para acender o gás para cozinhar e dispositivos de aquecimento, tochas, isqueiros e materiais de efeito piroelétrico que geram potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura. Este efeito foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII, com base no conhecimento de René Haüy e Antoine César Becquerel, que postulou uma relação entre estresse mecânico e carga elétrica. Os experimentos se mostraram inconclusivos.
A visão de um cristal piezo no Curie Compensator no Hunterian Museum na Escócia é uma demonstração do efeito piezoelétrico direto pelos irmãos Pierre e Jacques Curie. Combinado com seu conhecimento de piroeletricidade e sua compreensão das estruturas cristalinas subjacentes, eles deram origem à previsão da piroeletricidade e à capacidade de prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado no efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle.
Tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado, quartzo e sal de Rochelle exibiram piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico foi usado para gerar uma voltagem quando deformado, embora a mudança na forma fosse muito exagerada. Os Curie previram o efeito piezoelétrico inverso, e o efeito inverso foi deduzido matematicamente dos princípios termodinâmicos fundamentais por Gabriel Lippmann em 1881. Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e passaram a obter provas quantitativas da reversibilidade completa da eletrodinâmica. deformações elasto-mecânicas em cristais piezelétricos.
Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório até se tornar uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik de Woldemar Voigt (Textbook of Crystal Physics). Este descreveu as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoelétricas usando análise tensorial para aplicação prática de dispositivos piezoelétricos.
O desenvolvimento do sonar foi um projeto de sucesso que gerou um intenso desenvolvimento e interesse em dispositivos piezoelétricos. Décadas depois, novos materiais piezoelétricos e novas aplicações para esses materiais foram explorados e desenvolvidos. Dispositivos piezoelétricos encontraram lares em uma variedade de campos, como cartuchos de fonógrafos de cerâmica, que simplificaram o design do toca-discos e tornaram os toca-discos mais baratos e fáceis de manter e construir. O desenvolvimento de transdutores ultrassônicos permitiu a fácil medição da viscosidade e elasticidade de fluidos e sólidos, resultando em grandes avanços na pesquisa de materiais. Refletômetros ultrassônicos no domínio do tempo enviam um pulso ultrassônico para um material e medem as reflexões e descontinuidades para encontrar falhas dentro de objetos fundidos de metal e pedra, melhorando a segurança estrutural.
Os primórdios do campo dos interesses da piezoeletricidade foram garantidos com as patentes lucrativas de novos materiais desenvolvidos a partir de cristais de quartzo, que foram explorados comercialmente como material piezoelétrico. Os cientistas buscavam materiais de maior desempenho e, apesar dos avanços nos materiais e no amadurecimento dos processos de fabricação, o mercado dos Estados Unidos não cresceu rapidamente. Em contraste, os fabricantes japoneses compartilharam informações rapidamente e novas aplicações para crescimento na indústria piezoelétrica dos Estados Unidos sofreram em contraste com os fabricantes japoneses.
Motores Piezoelétricos
Nesta seção, falarei sobre como a piezoeletricidade é usada na tecnologia moderna. De microscópios de sondagem de varredura que podem resolver imagens na escala de átomos a captadores para guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos para baterias eletrônicas modernas, a piezoeletricidade tornou-se parte integrante de muitos dispositivos. Vou explorar a história da piezoeletricidade e como ela tem sido usada em diversas aplicações.
Base de formulários de microscópios de sonda de varredura
A piezoeletricidade é a carga elétrica que se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. É a resposta ao estresse mecânico aplicado, e a palavra piezoeletricidade vem da palavra grega πιέζειν (piezein) que significa “apertar” ou “pressionar” e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa “âmbar”, uma antiga fonte de carga elétrica.
Os motores piezoelétricos são dispositivos que usam o efeito piezoelétrico para gerar movimento. Este efeito é a interação eletromecânica linear entre estados mecânicos e elétricos em materiais cristalinos com simetria de inversão. É um processo reversível, o que significa que os materiais que exibem o efeito piezoelétrico também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de tensão mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Exemplos de materiais que geram piezoeletricidade mensurável são cristais de titanato de zirconato de chumbo.
O efeito piezoelétrico é explorado em aplicações úteis, como a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta tensão, geradores de relógio e dispositivos eletrônicos como microbalanças e bicos ultrassônicos de acionamento para montagens ópticas de foco ultrafino. Ele também forma a base dos microscópios de sondagem de varredura, que são usados para resolver imagens na escala dos átomos.
A piezoeletricidade foi descoberta em 1880 pelos físicos franceses Jacques e Pierre Curie. A visão de um cristal piezoelétrico e do compensador Curie pode ser vista no Hunterian Museum, na Escócia, que é uma demonstração do efeito piezoelétrico direto pelos irmãos Pierre e Jacques Curie.
A combinação de seus conhecimentos de piroeletricidade e sua compreensão das estruturas cristalinas subjacentes deu origem à previsão da piroeletricidade, o que lhes permitiu prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado pelo efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado, quartzo e sal de Rochelle exibiram piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico foi usado para gerar uma voltagem quando deformado, embora isso tenha sido muito exagerado pelos Curie.
Eles também previram o efeito piezoelétrico inverso, e isso foi deduzido matematicamente dos princípios termodinâmicos fundamentais por Gabriel Lippmann em 1881. Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e passaram a obter provas quantitativas da reversibilidade completa da eletroelasto- deformações mecânicas em cristais piezelétricos.
Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório até se tornar uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik de Woldemar Voigt (Livro de Física do Cristal), que descreveu as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoelétricas e a análise tensorial.
Isso levou à aplicação prática de dispositivos piezoelétricos, como o sonar, desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial. Na França, Paul Langevin e seus colegas desenvolveram um detector submarino ultrassônico. Esse detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados em placas de aço e um hidrofone para detectar o eco retornado após a emissão de um pulso de alta frequência do transdutor. Ao medir o tempo que leva para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto, eles conseguiram calcular a distância do objeto. Eles usaram a piezoeletricidade para tornar esse sonar um sucesso, e o projeto gerou um intenso desenvolvimento e interesse em dispositivos piezoelétricos por décadas.
Novos materiais piezoelétricos e novas aplicações para esses materiais foram explorados e desenvolvidos, e os dispositivos piezoelétricos encontraram lares em muitos campos, como cartuchos de fonógrafos de cerâmica, que simplificaram o design do tocador e criaram toca-discos mais baratos e precisos, de manutenção mais barata e mais fácil. construir. O desenvolvimento de transdutores ultrassônicos permitiu a fácil medição da viscosidade e elasticidade de fluidos e sólidos, resultando em grandes avanços na pesquisa de materiais. Refletômetros ultrassônicos no domínio do tempo enviam um pulso ultrassônico para um material e medem as reflexões e descontinuidades para encontrar falhas dentro de objetos fundidos de metal e pedra, melhorando a segurança estrutural.
Durante a Segunda Guerra Mundial, grupos de pesquisa independentes nos Estados Unidos
Resolva imagens em escala de átomos
A piezoeletricidade é a carga elétrica que se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. É uma resposta ao estresse mecânico aplicado e é derivado da palavra grega 'piezein', que significa apertar ou pressionar. O efeito piezelétrico resulta da interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico em materiais cristalinos com simetria de inversão.
A piezoeletricidade é um processo reversível e os materiais que exibem o efeito piezoelétrico também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de tensão mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Exemplos disso incluem cristais de titanato de zirconato de chumbo, que geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, os cristais mudam sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado, conhecido como efeito piezoelétrico inverso e é usado na produção de ondas de ultrassom.
Os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descobriram a piezoeletricidade em 1880. O efeito piezoelétrico foi explorado para uma variedade de aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta voltagem, geradores de relógio e dispositivos eletrônicos como microbalanças e acionar bicos ultrassônicos. Ele também forma a base dos microscópios de sondagem de varredura, que são usados para resolver imagens na escala dos átomos.
A piezoeletricidade também é usada em aplicações cotidianas, como a geração de faíscas para inflamar o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, tochas, isqueiros e muito mais. O efeito piroelétrico, que é um material que gera um potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII. Com base no conhecimento de René Haüy e Antoine César Becquerel, eles postularam uma relação entre estresse mecânico e carga elétrica, mas seus experimentos se mostraram inconclusivos.
Os visitantes do Hunterian Museum em Glasgow podem ver um compensador Curie de cristal piezo, uma demonstração do efeito piezoelétrico direto pelos irmãos Pierre e Jacques Curie. Combinado com seu conhecimento de piroeletricidade e compreensão das estruturas cristalinas subjacentes, eles deram origem à previsão da piroeletricidade e à capacidade de prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado pelo efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado, quartzo e sal de Rochelle exibiram piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico gera uma voltagem quando deformado, embora a mudança na forma seja muito exagerada. Os Curie foram capazes de prever o efeito piezoelétrico inverso, e o efeito inverso foi deduzido matematicamente dos princípios termodinâmicos fundamentais por Gabriel Lippmann em 1881.
Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletroelastomecânicas em cristais piezoelétricos. Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório, mas foi uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik de Woldemar Voigt (Textbook of Crystal Physics).
Captadores guitarras amplificadas eletronicamente
Os motores piezoelétricos são motores elétricos que usam o efeito piezoelétrico para converter energia elétrica em energia mecânica. O efeito piezoelétrico é a capacidade de certos materiais de gerar uma carga elétrica quando submetidos a tensões mecânicas. Os motores piezoelétricos são usados em uma variedade de aplicações, desde alimentar pequenos dispositivos, como relógios, até máquinas maiores, como robôs e equipamentos médicos.
Os motores piezoelétricos são usados em captadores de guitarras amplificadas eletronicamente. Esses captadores usam o efeito piezoelétrico para converter as vibrações das cordas da guitarra em um sinal elétrico. Esse sinal é então amplificado e enviado para um amplificador, que produz o som do violão. Os captadores piezoelétricos também são usados em baterias eletrônicas modernas, onde são usados para detectar as vibrações das peles do tambor e convertê-las em um sinal elétrico.
Os motores piezoelétricos também são usados em microscópios de sonda de varredura, que usam o efeito piezoelétrico para mover uma pequena sonda através de uma superfície. Isso permite que o microscópio resolva imagens na escala dos átomos. Os motores piezoelétricos também são usados em impressoras a jato de tinta, onde são usados para mover a cabeça de impressão para frente e para trás na página.
Os motores piezoelétricos são usados em uma variedade de outras aplicações, incluindo dispositivos médicos, componentes automotivos e eletrônicos de consumo. Eles também são usados em aplicações industriais, como na produção de peças de precisão e na montagem de componentes complexos. O efeito piezoelétrico também é usado na produção de ondas de ultrassom, que são usadas em imagens médicas e na detecção de falhas em materiais.
No geral, os motores piezoelétricos são usados em uma ampla gama de aplicações, desde alimentar pequenos dispositivos até máquinas maiores. Eles são usados em captadores, guitarras amplificadas eletronicamente, baterias eletrônicas modernas, microscópios de varredura, impressoras a jato de tinta, dispositivos médicos, componentes automotivos e eletrônicos de consumo. O efeito piezoelétrico também é utilizado na produção de ondas ultrassônicas e na detecção de falhas em materiais.
Aciona baterias eletrônicas modernas
A piezoeletricidade é a carga elétrica que se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. É a resposta desses materiais ao estresse mecânico aplicado. A palavra piezoeletricidade é derivada da palavra grega “piezein”, que significa “apertar ou pressionar”, e da palavra “elektron”, que significa “âmbar”, uma antiga fonte de carga elétrica.
Os motores piezoelétricos são dispositivos que usam o efeito piezoelétrico para gerar movimento. Este efeito resulta da interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico de materiais cristalinos com simetria de inversão. É um processo reversível, o que significa que os materiais que exibem o efeito piezoelétrico também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de tensão mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Um exemplo disso são os cristais de titanato de zirconato de chumbo, que geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, quando um campo elétrico externo é aplicado, os cristais mudam sua dimensão estática, produzindo ondas de ultrassom.
Os motores piezoelétricos são usados em uma variedade de aplicações diárias, como:
• Geração de faíscas para inflamar o gás em aparelhos de cozinha e aquecimento
• Tochas, isqueiros e materiais de efeito piroelétrico
• Geração de potencial elétrico em resposta à mudança de temperatura
• Produção e detecção de som
• Impressão a jato de tinta piezoelétrica
• Geração de eletricidade de alta tensão
• Gerador de relógio e dispositivos eletrônicos
• Microbalanças
• Dirigir bicos ultrassônicos e conjuntos ópticos de foco ultrafino
• Forma a base dos microscópios de sondagem de varredura
• Resolva imagens na escala de átomos
• Captadores de guitarras amplificadas eletronicamente
• Aciona baterias eletrônicas modernas.
Modelagem Eletromecânica de Transdutores Piezelétricos
Nesta seção, explorarei a modelagem eletromecânica de transdutores piezoelétricos. Vou examinar a história da descoberta da piezoeletricidade, os experimentos que provaram sua existência e o desenvolvimento de dispositivos e materiais piezoelétricos. Também discutirei as contribuições dos físicos franceses Pierre e Jacques Curie, Carl Linnaeus e Franz Aepinus, Rene Hauy e Antoine Cesar Becquerel, Gabriel Lippmann e Woldemar Voigt.
Os físicos franceses Pierre e Jacques Curie
A piezoeletricidade é um fenômeno eletromecânico em que a carga elétrica se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. Esta carga é gerada em resposta a uma tensão mecânica aplicada. A palavra 'piezoeletricidade' é derivada da palavra grega 'piezein', que significa 'espremer ou pressionar', e 'elektron', que significa 'âmbar', uma antiga fonte de carga elétrica.
O efeito piezelétrico resulta de uma interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico em materiais com simetria de inversão. Este efeito é reversível, o que significa que os materiais que exibem o efeito piezoelétrico também exibem o efeito piezoelétrico reverso, onde a geração interna de deformação mecânica é produzida em resposta a um campo elétrico aplicado. Por exemplo, cristais de titanato de zirconato de chumbo geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, quando um campo elétrico externo é aplicado, os cristais mudam sua dimensão estática, produzindo ondas de ultrassom no processo conhecido como efeito piezoelétrico inverso.
Em 1880, os físicos franceses Pierre e Jacques Curie descobriram o efeito piezoelétrico e desde então tem sido explorado para uma variedade de aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão piezoelétrica a jato de tinta, geração de eletricidade de alta voltagem, geradores de relógio e sistemas eletrônicos. dispositivos como microbalanças e bicos ultrassônicos de acionamento para montagens ópticas de foco ultrafino. Também forma a base para microscópios de sondagem de varredura, que podem resolver imagens na escala de átomos. A piezoeletricidade também é usada em captadores para guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos para baterias eletrônicas modernas.
A piezoeletricidade também encontra usos cotidianos, como gerar faíscas para acender o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, tochas, isqueiros e muito mais. O efeito piroelétrico, onde um material gera um potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII, valendo-se dos conhecimentos de René Hauy e Antoine César Becquerel, que postularam uma relação entre estresse mecânico e carga elétrica, embora seus experimentos tenham se mostrado inconclusivos.
Ao combinar seu conhecimento de piroeletricidade com a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes, os Curie foram capazes de dar origem à previsão da piroeletricidade e prever o comportamento dos cristais. Isso foi demonstrado no efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de potássio e sódio tetra-hidratado e quartzo também exibiram piezoeletricidade. Um disco piezoelétrico gera uma voltagem quando deformado, embora isso seja muito exagerado na demonstração de Curie. Eles também foram capazes de prever o efeito piezoelétrico inverso e deduzi-lo matematicamente dos princípios termodinâmicos fundamentais de Gabriel Lippmann em 1881.
Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletroelastomecânicas em cristais piezoelétricos. Nas décadas que se seguiram, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório até se tornar uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação de 'Lehrbuch der Kristallphysik' de Woldemar Voigt (Livro de Física de Cristal).
Experiências provadas inconclusivas
A piezoeletricidade é um fenômeno eletromecânico no qual a carga elétrica se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. É a resposta ao estresse mecânico aplicado, e a palavra 'piezoeletricidade' é derivada das palavras gregas 'piezein', que significa 'apertar ou pressionar', e 'ēlektron', que significa 'âmbar', uma antiga fonte de carga elétrica.
O efeito piezelétrico resulta da interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico de materiais cristalinos com simetria de inversão. É um processo reversível; materiais que exibem o efeito piezoelétrico também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de deformação mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Por exemplo, cristais de titanato de zirconato de chumbo geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, os cristais podem mudar sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado, conhecido como efeito piezoelétrico inverso, que é usado na produção de ondas de ultrassom.
Os físicos franceses Pierre e Jacques Curie descobriram a piezoeletricidade em 1880. Desde então, ela foi explorada para uma variedade de aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta voltagem, geradores de relógio e dispositivos eletrônicos como microbalanças , dirija bicos ultrassônicos e conjuntos ópticos de foco ultrafino. Também forma a base dos microscópios de sondagem de varredura, que podem resolver imagens na escala dos átomos. A piezoeletricidade também é usada em captadores para guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos para baterias eletrônicas modernas.
A piezoeletricidade encontra usos cotidianos na geração de faíscas para inflamar o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, tochas, isqueiros e muito mais. O efeito piroelétrico, no qual um material gera um potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII, valendo-se dos conhecimentos de René Hauy e Antoine César Becquerel, que postularam uma relação entre tensão mecânica e carga elétrica. Os experimentos se mostraram inconclusivos.
O conhecimento combinado da piroeletricidade e a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes deram origem à previsão da piroeletricidade e à capacidade de prever o comportamento dos cristais. Isso foi demonstrado no efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado e quartzo também exibiram piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico foi usado para gerar uma voltagem quando deformado. Isso foi muito exagerado na demonstração de Curie do efeito piezoelétrico direto.
Os irmãos Pierre e Jacques Curie previram o efeito piezoelétrico inverso, e o efeito inverso foi deduzido matematicamente dos princípios termodinâmicos fundamentais por Gabriel Lippmann em 1881. Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e passaram a obter a prova quantitativa da completa reversibilidade de deformações eletro-elasto-mecânicas em cristais piezelétricos.
Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório, mas foi uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik de Woldemar Voigt (Textbook of Crystal Physics). Isso descreveu as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoelétricas usando análise tensorial. Esta foi a primeira aplicação prática de transdutores piezelétricos, e o sonar foi desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial. Na França, Paul Langevin e seus colegas desenvolveram um detector submarino ultrassônico.
Carl Linnaeus e Franz Aepinus
A piezoeletricidade é um fenômeno eletromecânico no qual a carga elétrica se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. Essa carga é gerada em resposta ao estresse mecânico aplicado. A palavra piezoeletricidade vem das palavras gregas πιέζειν (piezein) que significa “espremer ou pressionar” e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa “âmbar”, uma antiga fonte de carga elétrica.
O efeito piezelétrico resulta de uma interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico de materiais cristalinos com simetria de inversão. Esse efeito é reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também exibem o efeito piezoelétrico reverso, que é a geração interna de deformação mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Por exemplo, cristais de titanato de zirconato de chumbo geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, os cristais podem mudar sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado, conhecido como efeito piezoelétrico inverso e é usado na produção de ondas de ultrassom.
Em 1880, os físicos franceses Jacques e Pierre Curie descobriram o efeito piezoelétrico e desde então tem sido explorado para muitas aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta tensão, geradores de relógio, dispositivos eletrônicos, microbalanças , dirija bicos ultrassônicos e conjuntos ópticos de foco ultrafino. Ele também forma a base para microscópios de sondagem de varredura, que são usados para resolver imagens na escala de átomos. A piezoeletricidade também é usada em captadores para guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos para baterias eletrônicas modernas.
A piezoeletricidade também é encontrada em usos cotidianos, como a geração de faíscas para acender o gás em aparelhos de cozinha e aquecimento, tochas, isqueiros e o efeito piroelétrico, que é quando um material gera um potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura. Este efeito foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século 18, com base no conhecimento de René Hauy e Antoine César Becquerel, que postulou uma relação entre estresse mecânico e carga elétrica, embora seus experimentos tenham se mostrado inconclusivos.
A visão de um cristal piezo no compensador Curie no Hunterian Museum na Escócia é uma demonstração do efeito piezoelétrico direto pelos irmãos Pierre e Jacques Curie. A combinação de seus conhecimentos de piroeletricidade com a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes deu origem à previsão da piroeletricidade e à capacidade de prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado pelo efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado e quartzo do sal de Rochelle exibiram piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico gera uma voltagem quando deformado, embora isso seja muito exagerado na demonstração de Curies.
A previsão do efeito piezoelétrico inverso e sua dedução matemática dos princípios termodinâmicos fundamentais foi feita por Gabriel Lippmann em 1881. Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e passaram a obter provas quantitativas da reversibilidade completa da eletroelasto- deformações mecânicas em cristais piezelétricos. Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório até se tornar uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie, que a usaram para explorar e definir estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade. Isso culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik (Livro de Física do Cristal) de Woldemar Voigt, que descrevia as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definia rigorosamente as constantes piezoelétricas usando análise tensorial.
Esta aplicação prática de transdutores piezoelétricos levou ao desenvolvimento do sonar durante a Primeira Guerra Mundial. Na França, Paul Langevin e seus colegas de trabalho desenvolveram um detector submarino ultrassônico. O detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados a placas de aço e um hidrofone para detectar o eco retornado após a emissão de um pulso de alta frequência do transdutor. Ao medir o tempo que leva para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto, eles conseguiram calcular a distância do objeto. Eles usaram a piezoeletricidade para fazer deste sonar um sucesso, e o projeto criou um intenso desenvolvimento e interesse em dispositivos piezoelétricos
René Hauy e Antoine César Becquerel
A piezoeletricidade é um fenômeno eletromecânico que ocorre quando certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica como ossos e DNA, acumulam carga elétrica em resposta ao estresse mecânico aplicado. Piezoeletricidade é derivada da palavra grega 'piezein', que significa 'espremer ou pressionar', e 'elektron', que significa 'âmbar', uma antiga fonte de carga elétrica.
O efeito piezelétrico resulta de uma interação eletromecânica linear entre estados mecânicos e elétricos em materiais cristalinos com simetria de inversão. Este efeito é reversível, o que significa que os materiais que exibem o efeito piezoelétrico também exibem o efeito piezoelétrico reverso, ou geração interna de deformação mecânica resultante de um campo elétrico aplicado. Por exemplo, cristais de titanato de zirconato de chumbo geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, os cristais podem mudar sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado, resultando no efeito piezoelétrico inverso e na produção de ondas ultrassônicas.
Os físicos franceses Pierre e Jacques Curie descobriram o efeito piezoelétrico em 1880. Esse efeito foi explorado para uma variedade de aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta voltagem, geradores de relógio e dispositivos eletrônicos como microbalanças, bicos ultrassônicos de acionamento e conjuntos ópticos de foco ultrafino. Ele também forma a base dos microscópios de sondagem de varredura, que podem resolver imagens em uma escala de átomos. A piezoeletricidade também é usada em captadores para guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos para baterias eletrônicas modernas.
O efeito piezoelétrico foi estudado pela primeira vez por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século 18, com base no conhecimento de Rene Hauy e Antoine Cesar Becquerel, que postulou uma relação entre estresse mecânico e carga elétrica. No entanto, os experimentos se mostraram inconclusivos. Combinado com o conhecimento da piroeletricidade e a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes, isso deu origem à previsão da piroeletricidade e à capacidade de prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado no efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle. Tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado e quartzo também exibiram piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico foi usado para gerar uma voltagem quando deformado. Esse efeito foi muito exagerado na demonstração de Curie no Museu da Escócia, que mostrou o efeito piezoelétrico direto.
Os irmãos Pierre e Jacques Curie obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletroelasto-mecânicas em cristais piezoelétricos. Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório, até se tornar uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Este trabalho explorou e definiu as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade, culminando na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik de Woldemar Voigt (Textbook of Crystal Physics).
Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e passaram a deduzir matematicamente os princípios termodinâmicos fundamentais do efeito inverso. Isso foi feito por Gabriel Lippmann em 1881. A piezoeletricidade foi então usada para desenvolver o sonar durante a Primeira Guerra Mundial. Na França, Paul Langevin e seus colegas desenvolveram um detector submarino ultrassônico. Esse detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados em placas de aço e um hidrofone para detectar o eco retornado. Emitindo um pulso de alta frequência do transdutor e medindo o tempo que leva para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto, eles poderiam calcular a distância até o objeto.
O uso de cristais piezoelétricos foi desenvolvido pela Bell Telephone Laboratories após a Segunda Guerra Mundial. Frederick R. Lack, trabalhando no departamento de engenharia de radiotelefonia, desenvolveu um cristal lapidado que podia operar em uma ampla faixa de temperaturas. O cristal de Lack não precisava dos acessórios pesados dos cristais anteriores, facilitando seu uso em aeronaves. Este desenvolvimento permitiu que as forças aéreas aliadas se engajassem em ataques em massa coordenados, usando o rádio da aviação. O desenvolvimento de dispositivos e materiais piezoelétricos nos Estados Unidos manteve as empresas no desenvolvimento dos primórdios da guerra no campo e os interesses em garantir patentes lucrativas para novos materiais desenvolvidos. Os cristais de quartzo foram explorados comercialmente como material piezoelétrico e os cientistas procuraram materiais de maior desempenho. Apesar dos avanços nos materiais e amadurecimento dos processos de fabricação, os Estados Unidos
Gabriel Lipmann
A piezoeletricidade é um fenômeno eletromecânico no qual a carga elétrica se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. É o resultado de uma interação entre estados mecânicos e elétricos em materiais com simetria de inversão. A piezoeletricidade foi descoberta pela primeira vez pelos físicos franceses Pierre e Jacques Curie em 1880.
A piezoeletricidade tem sido explorada para uma variedade de aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica e geração de eletricidade de alta tensão. Piezoeletricidade é derivada das palavras gregas πιέζειν (piezein) que significa “espremer ou pressionar” e ἤλεκτρον (ēlektron) que significa “âmbar”, uma antiga fonte de carga elétrica.
O efeito piezoelétrico é reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também exibem o efeito piezoelétrico reverso, no qual a geração interna de deformação mecânica resulta da aplicação de um campo elétrico. Por exemplo, cristais de titanato de zirconato de chumbo geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, os cristais podem mudar sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado, um processo conhecido como efeito piezoelétrico inverso. Este processo pode ser usado para produzir ondas de ultrassom.
O efeito piezoelétrico tem sido estudado desde meados do século XVIII, quando Carl Linnaeus e Franz Aepinus, com base no conhecimento de René Hauy e Antoine César Becquerel, postularam uma relação entre estresse mecânico e carga elétrica. No entanto, os experimentos se mostraram inconclusivos. Não foi até que o conhecimento combinado da piroeletricidade e a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes deram origem à previsão da piroeletricidade que os pesquisadores foram capazes de prever o comportamento do cristal. Isso foi demonstrado pelo efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle.
Gabriel Lippmann, em 1881, deduziu matematicamente os princípios termodinâmicos fundamentais do efeito piezoelétrico inverso. Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletroelastomecânicas em cristais piezoelétricos.
Durante décadas, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório até se tornar uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre e Marie Curie. Seu trabalho para explorar e definir as estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik de Woldemar Voigt (Textbook of Crystal Physics). Isso descreveu as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definiu rigorosamente as constantes piezoelétricas com análise tensorial.
A aplicação prática de dispositivos piezoelétricos começou com o desenvolvimento do sonar durante a Primeira Guerra Mundial. Paul Langevin e seus colegas desenvolveram um detector submarino ultrassônico. Esse detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados em placas de aço e um hidrofone para detectar o eco retornado. Emitindo um pulso de alta frequência do transdutor e medindo o tempo que leva para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto, eles conseguiram calcular a distância até o objeto. Esse uso de piezoeletricidade para sonar foi um sucesso, e o projeto criou um intenso interesse de desenvolvimento em dispositivos piezoelétricos. Ao longo das décadas, novos materiais piezelétricos e novas aplicações para esses materiais foram explorados e desenvolvidos. Dispositivos piezoelétricos encontraram lares em uma variedade de campos, desde cartuchos de fonógrafos de cerâmica que simplificaram o design do tocador e tornaram toca-discos baratos e precisos, mais baratos de manter e mais fáceis de construir, até o desenvolvimento de transdutores ultrassônicos que permitiram a fácil medição da viscosidade e elasticidade dos fluidos. e sólidos, resultando em grandes avanços na pesquisa de materiais. Refletômetros ultrassônicos no domínio do tempo enviam um pulso ultrassônico para um material e medem as reflexões e descontinuidades para encontrar falhas dentro de objetos fundidos de metal e pedra, melhorando a segurança estrutural.
Após a Segunda Guerra Mundial, grupos de pesquisa independentes nos Estados Unidos, Rússia e Japão descobriram uma nova classe de materiais sintéticos chamados ferroelétricos que exibiam constantes piezoelétricas até dez vezes maiores que os materiais naturais. Isso levou a uma intensa pesquisa para desenvolver o titanato de bário e, posteriormente, o titanato de zirconato de chumbo, materiais com propriedades específicas para aplicações específicas. Um exemplo significativo do uso de cristais piezelétricos foi desenvolvido
Woldemar Voigt
A piezoeletricidade é um fenômeno eletromecânico no qual a carga elétrica se acumula em certos materiais sólidos, como cristais, cerâmicas e matéria biológica, como ossos e DNA. Esta carga é gerada em resposta a uma tensão mecânica aplicada. A palavra piezoeletricidade é derivada da palavra grega “piezein”, que significa “apertar ou pressionar”, e “elektron”, que significa “âmbar”, uma antiga fonte de carga elétrica.
O efeito piezelétrico resulta de uma interação eletromecânica linear entre os estados mecânico e elétrico de materiais cristalinos com simetria de inversão. Este efeito é reversível, o que significa que os materiais que exibem piezoeletricidade também exibem um efeito piezoelétrico reverso, onde a geração interna de deformação mecânica resulta de um campo elétrico aplicado. Por exemplo, cristais de titanato de zirconato de chumbo geram piezoeletricidade mensurável quando sua estrutura estática é deformada de sua dimensão original. Por outro lado, os cristais podem mudar sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado, fenômeno conhecido como efeito piezoelétrico inverso, que é usado na produção de ondas de ultrassom.
Os físicos franceses Pierre e Jacques Curie descobriram a piezoeletricidade em 1880. Desde então, o efeito piezoelétrico tem sido explorado para uma variedade de aplicações úteis, incluindo a produção e detecção de som, impressão a jato de tinta piezoelétrica, geração de eletricidade de alta voltagem, geradores de relógio e dispositivos eletrônicos como microbalanças e bicos ultrassônicos de acionamento para focagem ultrafina de montagens ópticas. Também forma a base dos microscópios de sondagem de varredura, que podem resolver imagens na escala dos átomos. Além disso, captadores em guitarras amplificadas eletronicamente e gatilhos em baterias eletrônicas modernas usam o efeito piezoelétrico.
A piezoeletricidade também encontra usos cotidianos na geração de faíscas para inflamar o gás em dispositivos de cozinha e aquecimento, em tochas, isqueiros e muito mais. O efeito piroelétrico, onde um material gera um potencial elétrico em resposta a uma mudança de temperatura, foi estudado por Carl Linnaeus e Franz Aepinus em meados do século XVIII, com base no conhecimento de Rene Hauy e Antoine Cesar Becquerel, que postulou uma relação entre tensão e carga elétrica. Experimentos para provar essa relação se mostraram inconclusivos.
A visão de um cristal piezo no compensador Curie no Hunterian Museum na Escócia é uma demonstração do efeito piezoelétrico direto pelos irmãos Pierre e Jacques Curie. A combinação de seus conhecimentos de piroeletricidade com a compreensão das estruturas cristalinas subjacentes deu origem à previsão da piroeletricidade, o que lhes permitiu prever o comportamento do cristal que demonstraram no efeito de cristais como turmalina, quartzo, topázio, cana-de-açúcar e sal de Rochelle . Tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado e quartzo também exibiram piezoeletricidade, e um disco piezoelétrico foi usado para gerar uma voltagem quando deformado. Essa mudança na forma foi muito exagerada na demonstração dos Curies, e eles previram o efeito piezoelétrico inverso. O efeito inverso foi deduzido matematicamente dos princípios termodinâmicos fundamentais por Gabriel Lippmann em 1881.
Os Curie imediatamente confirmaram a existência do efeito inverso e obtiveram provas quantitativas da reversibilidade completa das deformações eletroelastomecânicas em cristais piezoelétricos. Nas décadas que se seguiram, a piezoeletricidade permaneceu uma curiosidade de laboratório, até se tornar uma ferramenta vital na descoberta do polônio e do rádio por Pierre Marie Curie, que a usou para explorar e definir estruturas cristalinas que exibiam piezoeletricidade. Isso culminou na publicação do Lehrbuch der Kristallphysik (Livro de Física do Cristal) de Woldemar Voigt, que descrevia as classes de cristais naturais capazes de piezoeletricidade e definia rigorosamente as constantes piezoelétricas usando análise tensorial.
Isso levou à aplicação prática de dispositivos piezoelétricos, como o sonar, desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial. Na França, Paul Langevin e seus colegas desenvolveram um detector submarino ultrassônico. Esse detector consistia em um transdutor feito de finos cristais de quartzo cuidadosamente colados em placas de aço e um hidrofone para detectar o eco retornado após a emissão de um pulso de alta frequência do transdutor. Ao medir o tempo que leva para ouvir o eco das ondas sonoras refletidas em um objeto, eles podem calcular a distância até o objeto. Eles usaram a piezoeletricidade para tornar este sonar um sucesso, e o projeto gerou um intenso desenvolvimento e interesse.
relações importantes
- Atuadores piezoelétricos: Atuadores piezoelétricos são dispositivos que convertem energia elétrica em movimento mecânico. Eles são comumente usados em robótica, dispositivos médicos e outras aplicações onde é necessário um controle de movimento preciso.
- Sensores Piezoelétricos: Os sensores piezoelétricos são usados para medir parâmetros físicos como pressão, aceleração e vibração. Eles são frequentemente usados em aplicações industriais e médicas, bem como em eletrônicos de consumo.
- Piezoeletricidade na Natureza: A piezoeletricidade é um fenômeno que ocorre naturalmente em certos materiais e é encontrado em muitos organismos vivos. É usado por alguns organismos para sentir seu ambiente e se comunicar com outros organismos.
Conclusão
A piezoeletricidade é um fenômeno surpreendente que tem sido usado em uma variedade de aplicações, de sonar a cartuchos fonográficos. Tem sido estudado desde meados de 1800 e tem sido usado com grande efeito no desenvolvimento da tecnologia moderna. Esta postagem no blog explorou a história e os usos da piezoeletricidade e destacou a importância desse fenômeno no desenvolvimento da tecnologia moderna. Para os interessados em aprender mais sobre piezoeletricidade, este post é um ótimo ponto de partida.
Sou Joost Nusselder, fundador da Neaera e profissional de marketing de conteúdo, pai, e adoro experimentar novos equipamentos com guitarra no centro da minha paixão e, junto com minha equipe, crio artigos de blog aprofundados desde 2020 para ajudar os leitores fiéis com dicas de gravação e guitarra.
