Piezoelectricitate: un ghid cuprinzător pentru înțelegerea mecanicii și aplicațiile sale

Salut, îmi place să creez conținut gratuit plin de sfaturi pentru cititorii mei, tu. Nu accept sponsorizări plătite, părerea mea este a mea, dar dacă ți se pare de ajutor recomandările mele și ajungi să cumperi ceva care îți place printr-unul dintre linkurile mele, aș putea câștiga un comision fără costuri suplimentare pentru tine. Aflaţi mai multe

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale de a genera electricitate atunci când sunt supuse la stres mecanic și invers. Cuvântul provine din grecescul piezo care înseamnă presiune și electricitate. A fost descoperit pentru prima dată în 1880, dar conceptul este cunoscut de mult timp.

Cel mai cunoscut exemplu de piezoelectricitate este cuarțul, dar și multe alte materiale prezintă acest fenomen. Cea mai comună utilizare a piezoelectricității este producerea de ultrasunete.

În acest articol, voi discuta ce este piezoelectricitatea, cum funcționează și câteva dintre numeroasele aplicații practice ale acestui fenomen uimitor.

Ce este piezoelectricitatea?

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale de a genera o sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Este o interacțiune electromecanică liniară între stările mecanice și electrice în materiale cristaline cu simetrie inversă. Materialele piezoelectrice pot fi folosite pentru a genera energie electrică de înaltă tensiune, generatoare de ceas, dispozitive electronice, microbalanțe, duze ultrasonice de acționare și ansambluri optice de focalizare ultrafine.

Materialele piezoelectrice includ cristale, anumite ceramice, materie biologică precum oasele și ADN-ul și proteinele. Când o forță este aplicată unui material piezoelectric, acesta produce o sarcină electrică. Această încărcare poate fi apoi utilizată pentru a alimenta dispozitivele sau pentru a crea o tensiune.

Materialele piezoelectrice sunt utilizate într-o varietate de aplicații, inclusiv:
• Producerea și detectarea sunetului
• Imprimare piezoelectrică cu jet de cerneală
• Generarea de energie electrică de înaltă tensiune
• Generatoare de ceas
• Dispozitive electronice
• Microbalanțele
• Acționați duzele cu ultrasunete
• Ansambluri optice de focalizare ultrafine
• Doze pentru chitare amplificate electronic
• Declanșatoare pentru tobe electronice moderne
• Producerea de scântei pentru aprinderea gazului
• Dispozitive de gătit și încălzire
• Torte si brichete.

Care este istoria piezoelectricității?

Piezoelectricitatea a fost descoperită în 1880 de către fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie. Este sarcina electrică care se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristalele, ceramica și materia biologică, ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Cuvântul „piezoelectricitate” este derivat din cuvântul grecesc „piezein”, care înseamnă „strângere” sau „apăsare”, și „elektron”, care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Cunoștințele combinate ale familiei Curies despre piroelectricitate și înțelegerea structurilor cristaline subiacente au dat naștere predicției piroelectricității și capacității de a prezice comportamentul cristalului. Acest lucru a fost demonstrat în efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sare Rochelle.

Piezoelectricitatea a fost exploatată pentru multe aplicații utile, inclusiv producția și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de energie electrică de înaltă tensiune, generatoare de ceas și dispozitive electronice, microbalanțe, antrenarea duzelor ultrasonice, focalizarea ultrafină a ansamblurilor optice și formele baza microscoapelor cu sondă de scanare pentru a rezolva imagini la scara atomilor.

Piezoelectricitatea are, de asemenea, utilizări de zi cu zi, cum ar fi generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și efectul piroelectric, în care un material generează un potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură.

Dezvoltarea sonarului în timpul Primului Război Mondial a văzut utilizarea cristalelor piezoelectrice dezvoltate de Bell Telephone Laboratories. Acest lucru a permis forțelor aeriene aliate să se angajeze în atacuri în masă coordonate folosind radioul aviației. Dezvoltarea dispozitivelor și materialelor piezoelectrice în Statele Unite a ținut companiile în dezvoltarea începuturilor de război în domeniul intereselor, asigurând patente profitabile pentru materiale noi.

Japonia a văzut noile aplicații și creșterea industriei piezoelectrice din Statele Unite și și-a dezvoltat rapid propria lor. Ei au împărtășit rapid informații și au dezvoltat materiale cu titanat de bariu și mai târziu zirconat de plumb cu proprietăți specifice pentru anumite aplicații.

Piezoelectricitatea a parcurs un drum lung de la descoperirea sa în 1880 și este acum folosită într-o varietate de aplicații de zi cu zi. De asemenea, a fost folosit pentru a face progrese în cercetarea materialelor, cum ar fi reflectometrele cu ultrasunete în domeniul timpului, care trimit un impuls ultrasonic printr-un material pentru a măsura reflexiile și discontinuitățile pentru a găsi defecte în interiorul obiectelor din metal turnat și piatră, îmbunătățind siguranța structurală.

Cum funcționează piezoelectricitatea

În această secțiune, voi explora modul în care funcționează piezoelectricitatea. Mă voi uita la acumularea de sarcină electrică în solide, interacțiunea electromecanică liniară și procesul reversibil care alcătuiesc acest fenomen. Voi discuta, de asemenea, despre istoria piezoelectricității și a aplicațiilor sale.

Acumularea sarcinii electrice în solide

Piezoelectricitatea este sarcina electrică care se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Este un răspuns la stresul mecanic aplicat, iar numele său provine din cuvintele grecești „piezein” (strângeți sau apăsați) și „ēlektron” (chihlimbar).

Efectul piezoelectric rezultă din interacțiunea electromecanică liniară dintre stările mecanice și electrice din materialele cristaline cu simetrie inversă. Este un proces reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă piezoelectricitate prezintă, de asemenea, efectul piezoelectric invers, în care generarea internă a tensiunii mecanice rezultă dintr-un câmp electric aplicat. Exemple de materiale care generează piezoelectricitate măsurabilă includ cristale de titanat de zirconat de plumb.

Fizicienii francezi Pierre și Jacques Curie au descoperit piezoelectricitatea în 1880. De atunci, aceasta a fost exploatată pentru o varietate de aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de electricitate de înaltă tensiune, generatoare de ceas și dispozitive electronice precum microbalanțele. și antrenează duze cu ultrasunete pentru focalizarea ultrafină a ansamblurilor optice. De asemenea, formează baza microscoapelor cu sondă de scanare, care pot rezolva imagini la scara atomilor. Piezoelectricitatea este, de asemenea, folosită în pickup-uri pentru chitarele amplificate electronic și declanșatoarele pentru tobe electronice moderne.

Piezoelectricitatea își găsește utilizări zilnice în generarea de scântei pentru a aprinde gazul, în dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și efectul piroelectric, în care un material generează un potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură. Acest lucru a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele de la René Haüy și Antoine César Becquerel, care au postulat o relație între stresul mecanic și sarcina electrică. Experimentele s-au dovedit neconcludente.

Vederea unui cristal piezo în compensatorul Curie din Muzeul Hunterian din Scoția este o demonstrație a efectului piezoelectric direct. Frații Pierre și Jacques Curie și-au combinat cunoștințele despre piroelectricitate cu o înțelegere a structurilor cristaline subiacente, ceea ce a dat naștere predicției piroelectricității. Ei au putut prezice comportamentul cristalelor și au demonstrat efectul în cristale precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. Tartratul de sodiu, potasiu tetrahidrat și cuarțul au prezentat, de asemenea, piezoelectricitate. Un disc piezoelectric generează o tensiune atunci când este deformat, iar schimbarea formei este mult exagerată în demonstrația lui Curies.

Ei au fost capabili să prezică efectul invers piezoelectric, iar efectul invers a fost dedus matematic de Gabriel Lippmann în 1881. Curies au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a electro-elasto-ului. deformatii mecanice in cristale piezoelectrice.

Timp de zeci de ani, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator, dar a fost un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie. Munca lor de a explora și defini structurile cristaline care au prezentat piezoelectricitate a culminat cu publicarea Lehrbuch der Kristallphysik (Manual de fizică a cristalelor) a lui Woldemar Voigt, care a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice prin analiza tensorilor. Aceasta a fost aplicarea practică a dispozitivelor piezoelectrice, iar sonarul a fost dezvoltat în timpul Primului Război Mondial. În Franța, Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete.

Detectorul era format dintr-un traductor realizat din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel și un hidrofon pentru a detecta ecoul returnat. Prin emiterea unui mare frecvenţă pulsul de la traductor și măsurând timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care răsună de pe un obiect, au putut calcula distanța până la obiect. Au folosit piezoelectricitatea pentru a face sonarul un succes, iar proiectul a creat o dezvoltare intensă și un interes pentru dispozitivele piezoelectrice. De-a lungul deceniilor, au fost explorate și dezvoltate noi materiale piezoelectrice și noi aplicații pentru materiale, iar dispozitivele piezoelectrice și-au găsit case într-o varietate de domenii. Cartușele de fonograf ceramice au simplificat designul playerului și au făcut pentru playere de discuri ieftine și precise, care erau mai ieftine de întreținut și mai ușor de construit.

Dezvoltarea traductoarelor cu ultrasunete a permis măsurarea ușoară a vâscozității și elasticității fluidelor și solidelor, rezultând progrese uriașe în cercetarea materialelor.

Interacțiune electromecanică liniară

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale de a genera o sarcină electrică atunci când sunt supuse la stres mecanic. Cuvântul este derivat din cuvintele grecești πιέζειν (piezein) care înseamnă „strânge sau apăsați” și ἤλεκτρον (ēlektron) care înseamnă „chihlimbar”, care era o sursă străveche de încărcare electrică.

Piezoelectricitatea a fost descoperită în 1880 de către fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie. Se bazează pe interacțiunea electromecanică liniară dintre stările mecanice și electrice ale materialelor cristaline cu simetrie inversă. Acest efect este reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă piezoelectricitate prezintă, de asemenea, un efect piezoelectric invers, prin care generarea internă a deformarii mecanice rezultă dintr-un câmp electric aplicat. Exemple de materiale care generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când sunt deformate din structura lor statică includ cristale de titanat de zirconat de plumb. În schimb, cristalele își pot schimba dimensiunea statică atunci când este aplicat un câmp electric extern, care este cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers și este utilizat în producerea undelor cu ultrasunete.

Best strings for electric guitar

Piezoelectricitatea a fost exploatată pentru o varietate de aplicații utile, cum ar fi:

• Producerea și detectarea sunetului
• Imprimare piezoelectrică cu jet de cerneală
• Generarea de energie electrică de înaltă tensiune
• Generator de ceas
• Dispozitive electronice
• Microbalanțele
• Acționați duzele cu ultrasunete
• Ansambluri optice de focalizare ultrafine
• Formează baza microscoapelor cu sondă de scanare pentru a rezolva imagini la scara atomilor
• Pickup-uri în chitare amplificate electronic
• Declanșatoare în tobe electronice moderne
• Generarea de scântei pentru aprinderea gazelor în aparatele de gătit și încălzire
• Torte si brichete

Piezoelectricitatea își găsește utilizări de zi cu zi în efectul piroelectric, care este un material care generează un potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură. Acest lucru a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele de la René Haüy și Antoine César Becquerel, care au postulat o relație între stresul mecanic și sarcina electrică. Cu toate acestea, experimentele s-au dovedit neconcludente.

Vizionarea unui cristal piezo în compensatorul Curie de la Muzeul Hunterian din Scoția este o demonstrație a efectului piezoelectric direct. Lucrarea fraților Pierre și Jacques Curie a explorat și definit structurile cristaline care prezentau piezoelectricitate, culminând cu publicarea Lehrbuch der Kristallphysik (Manual de fizică a cristalului) de Woldemar Voigt. Aceasta a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice prin analiza tensorială, ducând la aplicarea practică a dispozitivelor piezoelectrice.

Sonarul a fost dezvoltat în timpul Primului Război Mondial, când francezul Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete. Acest detector a constat dintr-un traductor realizat din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel și un hidrofon pentru a detecta ecoul returnat după emiterea unui impuls de înaltă frecvență de la traductor. Măsurând timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care răsună de pe un obiect, aceștia au putut calcula distanța obiectului, utilizând piezoelectricitatea. Succesul acestui proiect a creat o dezvoltare și un interes intens pentru dispozitivele piezoelectrice de-a lungul deceniilor, noi materiale piezoelectrice și noi aplicații pentru aceste materiale fiind explorate și dezvoltate. Dispozitivele piezoelectrice au găsit locuințe în multe domenii, cum ar fi cartușele de fonograf ceramice, care au simplificat designul playerului și au făcut ca aparate de discuri să fie mai ieftine și mai precise și mai ieftine și mai ușor de construit și întreținut.

Dezvoltarea traductoarelor cu ultrasunete a permis măsurarea ușoară a vâscozității și elasticității fluidelor și solidelor, rezultând progrese uriașe în cercetarea materialelor. Reflectometrele cu ultrasunete din domeniul timpului trimit un impuls ultrasonic într-un material și măsoară reflexiile și discontinuitățile pentru a găsi defecte în interiorul obiectelor din metal turnat și piatră, îmbunătățind siguranța structurală. După cel de-al Doilea Război Mondial, grupuri independente de cercetare din Statele Unite, Rusia și Japonia au descoperit o nouă clasă de materiale sintetice numite feroelectrice, care prezentau constante piezoelectrice de multe ori mai mari decât materialele naturale. Acest lucru a condus la cercetări intense pentru a dezvolta titanat de bariu și mai târziu titanat de zirconat de plumb, materiale cu proprietăți specifice pentru anumite aplicații.

Un exemplu semnificativ de utilizare a cristalelor piezoelectrice a fost dezvoltat de Bell Telephone Laboratories după cel de-al Doilea Război Mondial. Frederick R. Lack, care lucrează în departamentul de inginerie de radiotelefonie,

Proces reversibil

Piezoelectricitatea este o sarcină electrică care se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Este răspunsul acestor materiale la solicitarea mecanică aplicată. Cuvântul „piezoelectricitate” provine din cuvintele grecești „piezein” care înseamnă „strângeți” sau „apăsați” și „ēlektron” care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Efectul piezoelectric rezultă din interacțiunea electromecanică liniară dintre stările mecanice și electrice ale materialelor cristaline cu simetrie inversă. Este un proces reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă piezoelectricitate prezintă și efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. Exemple de materiale care generează piezoelectricitate măsurabilă includ cristale de titanat de zirconat de plumb. Atunci când structura statică a acestor cristale este deformată, ele revin la dimensiunea lor originală, iar invers, atunci când se aplică un câmp electric extern, își schimbă dimensiunea statică, producând unde ultrasunete.

Fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie au descoperit piezoelectricitatea în 1880. De atunci, aceasta a fost exploatată pentru o varietate de aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de electricitate de înaltă tensiune, generatoare de ceas, dispozitive electronice, microbalanțe, conduce duze ultrasonice și ansambluri optice de focalizare ultrafine. De asemenea, formează baza pentru microscoapele cu sondă de scanare, care pot rezolva imagini la scara atomilor. Piezoelectricitatea este, de asemenea, folosită în pickup-uri pentru chitarele amplificate electronic și declanșatoarele pentru tobe electronice moderne.

Piezoelectricitatea are, de asemenea, utilizări de zi cu zi, cum ar fi generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și multe altele. Efectul piroelectric, în care un material generează un potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură, a fost studiat de Carl Linnaeus, Franz Aepinus și René Haüy la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele despre chihlimbar. Antoine César Becquerel a postulat o relație între stresul mecanic și sarcina electrică, dar experimentele s-au dovedit neconcludente.

Vizitatorii Muzeului Hunterian din Glasgow pot vedea Piezo Crystal Curie Compensator, o demonstrație a efectului piezoelectric direct de către frații Pierre și Jacques Curie. Combinarea cunoștințelor lor despre piroelectricitate cu o înțelegere a structurilor cristaline subiacente a dat naștere la predicția piroelectricității și a capacității de a prezice comportamentul cristalului. Acest lucru a fost demonstrat cu efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sare Rochelle. Tartratul de sodiu și potasiu tetrahidrat și cuarțul au prezentat, de asemenea, piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric a fost folosit pentru a genera o tensiune atunci când a fost deformat. Această schimbare a formei a fost foarte exagerată de către Curies pentru a prezice efectul piezoelectric invers. Efectul invers a fost dedus matematic din principiile termodinamice fundamentale de Gabriel Lippmann în 1881.

Curies au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a deformărilor electro-elasto-mecanice în cristalele piezoelectrice. Timp de zeci de ani, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator, dar a fost un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie. Munca lor de explorare și definire a structurilor cristaline care au prezentat piezoelectricitate a culminat cu publicarea Lehrbuch der Kristallphysik (Manual de fizică cristalelor) a lui Woldemar Voigt. Aceasta a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice folosind analiza tensorală.

Aplicarea practică a dispozitivelor piezoelectrice, cum ar fi sonarul, a fost dezvoltată în timpul Primului Război Mondial. În Franța, Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete. Acest detector a constat dintr-un traductor realizat din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel și un hidrofon pentru a detecta ecoul returnat. Emițând un impuls de înaltă frecvență de la traductor și măsurând timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care sară de pe un obiect, ei au putut calcula distanța obiectului. Au folosit piezoelectricitatea pentru a face acest sonar un succes. Acest proiect a creat o dezvoltare și un interes intens pentru dispozitivele piezoelectrice, iar de-a lungul deceniilor au fost explorate și dezvoltate noi materiale piezoelectrice și noi aplicații pentru aceste materiale. Dispozitive piezoelectrice

Ce cauzează piezoelectricitatea?

În această secțiune, voi explora originile piezoelectricității și diferitele materiale care prezintă acest fenomen. Mă voi uita la cuvântul grecesc „piezein”, sursa străveche de sarcină electrică și efectul piroelectricității. De asemenea, voi discuta despre descoperirile lui Pierre și Jacques Curie și despre dezvoltarea dispozitivelor piezoelectrice în secolul al XX-lea.

Cuvântul grecesc Piezein

Piezoelectricitatea este acumularea de sarcină electrică în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Este cauzată de răspunsul acestor materiale la solicitarea mecanică aplicată. Cuvântul piezoelectricitate provine din cuvântul grecesc „piezein”, care înseamnă „a strânge sau a apăsa”, și „ēlektron”, care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Efectul piezoelectric rezultă din interacțiunea electromecanică liniară dintre stările mecanice și electrice ale materialelor cristaline cu simetrie inversă. Este un proces reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă piezoelectricitate prezintă și efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. De exemplu, cristalele de titanat de zirconat de plumb generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, cristalele își pot schimba dimensiunea statică atunci când se aplică un câmp electric extern, care este cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers și este producerea de unde ultrasunete.

Fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie au descoperit piezoelectricitatea în 1880. Efectul piezoelectric a fost exploatat pentru multe aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de electricitate de înaltă tensiune, generatoare de ceas și dispozitive electronice precum microbalanțele. , antrenează duze cu ultrasunete și ansambluri optice de focalizare ultrafine. De asemenea, formează baza microscoapelor cu sondă de scanare, care pot rezolva imagini la scara atomilor. Piezoelectricitatea este, de asemenea, folosită în pickup-uri pentru chitarele amplificate electronic și declanșatoarele pentru tobe electronice moderne.

Piezoelectricitatea are utilizări de zi cu zi, cum ar fi generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și multe altele. Efectul piroelectric, care este generarea de potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură, a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele lui René Haüy și Antoine César Becquerel, care au postulat o relație între stres mecanic și sarcină electrică. Experimentele s-au dovedit neconcludente.

La muzeul din Scoția, vizitatorii pot vedea un compensator Curie de cristal piezo, o demonstrație a efectului piezoelectric direct de către frații Pierre și Jacques Curie. Combinarea cunoștințelor lor despre piroelectricitate cu o înțelegere a structurilor cristaline subiacente a dat naștere predicției piroelectricității și a capacității de a prezice comportamentul cristalului. Acest lucru a fost demonstrat de efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. Tartratul de sodiu potasiu tetrahidrat și cuarțul din sarea Rochelle au prezentat piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric generează tensiune atunci când este deformat. Această schimbare de formă este foarte exagerată în demonstrația soților Curie.

Curies a continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a deformațiilor electro-elasto-mecanice din cristalele piezoelectrice. Timp de zeci de ani, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator până când a devenit un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie. Munca lor de explorare și definire a structurilor cristaline care au prezentat piezoelectricitate a culminat cu publicarea Lehrbuch der Kristallphysik (Manual de fizică cristalelor) a lui Woldemar Voigt. Aceasta a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice prin analiza tensorială.

Această aplicare practică a piezoelectricității a condus la dezvoltarea sonarului în timpul Primului Război Mondial. În Franța, Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete. Detectorul consta dintr-un traductor format din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel, numit hidrofon, pentru a detecta ecoul returnat după emiterea unui impuls de înaltă frecvență. Traductorul a măsurat timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care sară pe un obiect pentru a calcula distanța obiectului. Utilizarea piezoelectricității în sonar a fost un succes, iar proiectul a creat o dezvoltare intensă și un interes pentru dispozitivele piezoelectrice timp de decenii.

Sursă antică de încărcare electrică

Piezoelectricitatea este sarcina electrică care se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Este cauzată de răspunsul materialului la solicitarea mecanică aplicată. Cuvântul „piezoelectricitate” provine din cuvântul grecesc „piezein”, care înseamnă „strânge sau apăsă”, și cuvântul „elektron”, care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Efectul piezoelectric rezultă din interacțiunea electromecanică liniară dintre stările mecanice și electrice ale materialelor cristaline cu simetrie inversă. Este un proces reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă piezoelectricitate prezintă și efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. De exemplu, cristalele de titanat de zirconat de plumb generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, atunci când se aplică un câmp electric extern, cristalele își schimbă dimensiunea statică într-un efect piezoelectric invers, producând unde ultrasunete.

Efectul piezoelectric a fost descoperit în 1880 de către fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie. Este exploatat pentru o varietate de aplicații utile, inclusiv producția și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de electricitate de înaltă tensiune, generatoare de ceas și dispozitive electronice precum microbalanțele și duzele ultrasonice de antrenare pentru focalizarea ultrafină a ansamblurilor optice. De asemenea, formează baza pentru microscoapele cu sondă de scanare, care sunt utilizate pentru a rezolva imagini la scara atomilor. Piezoelectricitatea este, de asemenea, folosită în pickup-uri pentru chitarele amplificate electronic și declanșatoarele pentru tobe electronice moderne.

Piezoelectricitatea își găsește utilizări de zi cu zi în generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și multe altele. Efectul piroelectric, care este producerea de potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură, a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele lui René Haüy și Antoine César Becquerel care au postulat o relație între mecanică. stres și sarcină electrică. Cu toate acestea, experimentele lor s-au dovedit neconcludente.

Vederea unui cristal piezo și a compensatorului Curie de la Muzeul Hunterian din Scoția demonstrează efectul piezoelectric direct. Lucrarea fraților Pierre și Jacques Curie a explorat și definit structurile cristaline care prezentau piezoelectricitate, culminând cu publicarea Lehrbuch der Kristallphysik (Manual de fizică a cristalului) de Woldemar Voigt. Aceasta a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice prin analiza tensorială, permițând aplicarea practică a dispozitivelor piezoelectrice.

Sonarul a fost dezvoltat în timpul Primului Război Mondial de către francezul Paul Langevin și colegii săi, care au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete. Detectorul a constat dintr-un traductor format din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel și un hidrofon pentru a detecta ecoul returnat. Emițând un impuls de înaltă frecvență de la traductor și măsurând timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care răsună de pe un obiect, ei au putut calcula distanța până la obiect. Au folosit piezoelectricitatea pentru a face acest sonar un succes. Proiectul a creat o dezvoltare intensă și un interes pentru dispozitivele piezoelectrice timp de decenii.

Piroelectricitate

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale de a acumula sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Este o interacțiune electromecanică liniară între stările mecanice și electrice ale materialelor cristaline cu simetrie inversă. Cuvântul „piezoelectricitate” este derivat din cuvântul grecesc „piezein”, care înseamnă „strânge sau apăsă”, și cuvântul grecesc „ēlektron”, care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Efectul piezoelectric a fost descoperit de fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie în 1880. Este un proces reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă efectul piezoelectric prezintă și efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. Exemple de materiale care generează piezoelectricitate măsurabilă includ cristale de titanat de zirconat de plumb. Când o structură statică este deformată, aceasta revine la dimensiunea inițială. În schimb, atunci când se aplică un câmp electric extern, se produce efectul piezoelectric invers, rezultând producerea de unde ultrasunete.

Efectul piezoelectric este exploatat pentru multe aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de energie electrică de înaltă tensiune, generatoare de ceas și dispozitive electronice, cum ar fi microbalanțele, duzele cu ultrasunete și ansamblurile optice de focalizare ultrafine. Este, de asemenea, baza pentru microscoapele cu sondă de scanare, care sunt folosite pentru a rezolva imagini la scara atomilor. Piezoelectricitatea este, de asemenea, folosită în pickup-uri pentru chitarele amplificate electronic și declanșatoarele pentru tobe electronice moderne.

Piezoelectricitatea are utilizări de zi cu zi, cum ar fi generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și multe altele. Efectul piroelectric, care este producerea de potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură, a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele lui René Haüy și Antoine César Becquerel, care postulaseră o relație. între stresul mecanic și sarcina electrică. Cu toate acestea, experimentele s-au dovedit neconcludente.

Vederea unui cristal piezo la Muzeul Curie Compensator din Scoția este o demonstrație a efectului piezoelectric direct. Frații Pierre și Jacques Curie și-au combinat cunoștințele despre piroelectricitate și înțelegerea structurilor cristaline subiacente pentru a da naștere la înțelegerea piroelectricității și pentru a prezice comportamentul cristalului. Acest lucru a fost demonstrat în efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. S-a descoperit că tartratul de sodiu, potasiu tetrahidrat și cuarțul prezintă piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric a fost folosit pentru a genera o tensiune atunci când este deformat. Acest lucru a fost foarte exagerat de către Curies pentru a prezice efectul piezoelectric invers. Efectul invers a fost dedus matematic de principiile termodinamice fundamentale de Gabriel Lippmann în 1881.

Curies au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a deformărilor electro-elasto-mecanice în cristalele piezoelectrice. În deceniile care au urmat, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator până când a devenit un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie. Munca lor de explorare și definire a structurilor cristaline care au prezentat piezoelectricitate a culminat cu publicarea Lehrbuch der Kristallphysik (Manual de fizică cristalelor) a lui Woldemar Voigt.

Dezvoltarea sonarului a fost un succes, iar proiectul a creat o dezvoltare și un interes intens pentru dispozitivele piezoelectrice. În deceniile care au urmat, au fost explorate și dezvoltate noi materiale piezoelectrice și noi aplicații pentru aceste materiale. Dispozitivele piezoelectrice au găsit case în multe domenii, cum ar fi cartușele de fonograf ceramice, ceea ce a simplificat designul playerului și a făcut pentru playere mai ieftine, mai precise, mai ieftine de întreținut și mai ușor de construit. Dezvoltarea traductoarelor cu ultrasunete a permis măsurarea ușoară a vâscozității și elasticității fluidelor și solidelor, rezultând progrese uriașe în cercetarea materialelor. Reflectometrele cu ultrasunete din domeniul timpului trimit un impuls ultrasonic într-un material și măsoară reflexiile și discontinuitățile pentru a găsi defecte în interiorul obiectelor din metal turnat și piatră, îmbunătățind siguranța structurală.

Materiale piezoelectrice

În această secțiune, voi discuta despre materialele care prezintă efectul piezoelectric, care este capacitatea anumitor materiale de a acumula sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Mă voi uita la cristale, ceramică, materie biologică, os, ADN și proteine și cum răspund toate la efectul piezoelectric.

cristale

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale de a acumula sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Cuvântul piezoelectricitate este derivat din cuvintele grecești πιέζειν (piezein) care înseamnă „strânge” sau „apăsați” și ἤλεκτρον (ēlektron) care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică. Materialele piezoelectrice includ cristale, ceramică, materie biologică, oase, ADN și proteine.

Piezoelectricitatea este o interacțiune electromecanică liniară între stările mecanice și electrice din materialele cristaline cu simetrie inversă. Acest efect este reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă piezoelectricitate prezintă și efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. Exemple de materiale care generează piezoelectricitate măsurabilă includ cristale de titanat de zirconat de plumb, care pot fi deformate la dimensiunea lor originală sau, dimpotrivă, își pot schimba dimensiunea statică atunci când se aplică un câmp electric extern. Acesta este cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers și este folosit pentru a produce unde ultrasunete.

Fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie au descoperit piezoelectricitatea în 1880. Efectul piezoelectric a fost exploatat pentru o varietate de aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de electricitate de înaltă tensiune, generatoare de ceas și dispozitive electronice precum ca microbalanțe, antrenează duze cu ultrasunete și ansambluri optice de focalizare ultrafine. De asemenea, formează baza pentru microscoapele cu sondă de scanare, care sunt utilizate pentru a rezolva imagini la scara atomilor. Pickup-urile piezoelectrice sunt, de asemenea, folosite în chitarele amplificate electronic și declanșatoarele în tobele electronice moderne.

Piezoelectricitatea își găsește utilizări de zi cu zi în generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, precum și în torțe și brichete. Efectul piroelectric, care este generarea de potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură, a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele de la René Haüy și Antoine César Becquerel, care au postulat o relație între mecanismele mecanice. stres și sarcină electrică. Experimentele pentru a demonstra această teorie au fost neconcludente.

Vederea unui cristal piezo în compensatorul Curie de la Muzeul Hunterian din Scoția este o demonstrație a efectului piezoelectric direct. Frații Pierre și Jacques Curie și-au combinat cunoștințele despre piroelectricitate cu o înțelegere a structurilor cristaline subiacente pentru a da naștere predicției piroelectricității. Ei au putut prezice comportamentul cristalelor și au demonstrat efectul în cristale precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. Tartratul de sodiu, potasiu tetrahidrat și cuarțul au prezentat, de asemenea, piezoelectricitate. Un disc piezoelectric generează tensiune atunci când este deformat; schimbarea formei este mult exagerată în demonstraţia soţilor Curie.

Ei au putut, de asemenea, să prezică efectul piezoelectric invers și să deducă matematic principiile termodinamice fundamentale din spatele acestuia. Gabriel Lippmann a făcut acest lucru în 1881. Soții Curie au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a deformațiilor electro-elasto-mecanice din cristalele piezoelectrice.

Aplicarea practică a dispozitivelor piezoelectrice în sonar a fost dezvoltată în timpul Primului Război Mondial. În Franța, Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete. Acest detector a constat dintr-un traductor format din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel, numit hidrofon, pentru a detecta ecoul returnat după emiterea unui impuls de înaltă frecvență. Măsurând timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care răsună de pe un obiect, ei au putut calcula distanța până la obiect. Această utilizare a piezoelectricității în sonar a fost un succes, iar proiectul a creat o dezvoltare intensă și un interes pentru dispozitivele piezoelectrice de-a lungul deceniilor.

Ceramică

Materialele piezoelectrice sunt solide care acumulează sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Piezoelectricitatea este derivată din cuvintele grecești πιέζειν (piezein) care înseamnă „strângeți” sau „apăsați” și ἤλεκτρον (ēlektron) care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică. Materialele piezoelectrice sunt utilizate într-o varietate de aplicații, inclusiv producția și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală și generarea de electricitate de înaltă tensiune.

Materialele piezoelectrice se găsesc în cristale, ceramică, materie biologică, oase, ADN și proteine. Ceramica sunt cele mai comune materiale piezoelectrice utilizate în aplicațiile de zi cu zi. Ceramica este realizată dintr-o combinație de oxizi de metal, cum ar fi titanatul de zirconat de plumb (PZT), care sunt încălzite la temperaturi ridicate pentru a forma un solid. Ceramica este foarte durabilă și poate rezista la temperaturi și presiuni extreme.

Ceramica piezoelectrică are o varietate de utilizări, inclusiv:

• Generarea de scântei pentru a aprinde gazul pentru dispozitivele de gătit și încălzire, cum ar fi torțe și brichete.
• Generarea de unde ultrasunete pentru imagistica medicala.
• Generarea de energie electrică de înaltă tensiune pentru generatoare de ceas și dispozitive electronice.
• Generarea de microbalanțe pentru utilizarea în cântărirea de precizie.
• Acționarea duzelor cu ultrasunete pentru focalizarea ultrafină a ansamblurilor optice.
• Formează baza pentru microscoapele cu sondă de scanare, care pot rezolva imagini la scara atomilor.
• Pickup-uri pentru chitare amplificate electronic și declanșatoare pentru tobe electronice moderne.

Ceramica piezoelectrică este utilizată într-o gamă largă de aplicații, de la electronice de larg consum până la imagistica medicală. Sunt foarte durabile și pot rezista la temperaturi și presiuni extreme, făcându-le ideale pentru utilizare într-o varietate de industrii.

Materia biologică

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale de a acumula sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Este derivat din cuvântul grecesc „piezein”, care înseamnă „strânge sau apăsă”, și „ēlektron”, care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de încărcare electrică.

Materia biologică, cum ar fi osul, ADN-ul și proteinele se numără printre materialele care prezintă piezoelectricitate. Acest efect este reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă piezoelectricitate prezintă și efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. Exemple de aceste materiale includ cristale de titanat de zirconat de plumb, care generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, atunci când se aplică un câmp electric extern, cristalele își schimbă dimensiunea statică, producând unde ultrasunete prin efectul piezoelectric invers.

Descoperirea piezoelectricității a fost făcută de fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie în 1880. De atunci, aceasta a fost exploatată pentru o varietate de aplicații utile, cum ar fi:

• Producerea și detectarea sunetului
• Imprimare piezoelectrică cu jet de cerneală
• Generarea de energie electrică de înaltă tensiune
• Generator de ceas
• Dispozitive electronice
• Microbalanțele
• Acționați duzele cu ultrasunete
• Ansambluri optice de focalizare ultrafine
• Formează baza microscoapelor cu sondă de scanare
• Rezolvați imagini la scara atomilor
• Pickup-uri în chitare amplificate electronic
• Declanșatoare în tobe electronice moderne

Piezoelectricitatea este, de asemenea, utilizată în articole de zi cu zi, cum ar fi dispozitivele de gătit și încălzire pe gaz, torțe, brichete și multe altele. Efectul piroelectric, care este producerea de potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură, a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea. Bazându-se pe cunoștințele lui René Haüy și Antoine César Becquerel, ei au postulat o relație între stresul mecanic și sarcina electrică, dar experimentele lor s-au dovedit neconcludente.

Vederea unui cristal piezo în Compensatorul Curie de la Muzeul Hunterian din Scoția este o demonstrație a efectului piezoelectric direct. Frații Pierre și Jacques Curie și-au combinat cunoștințele despre piroelectricitate și înțelegerea structurilor cristaline subiacente pentru a da naștere la predicția piroelectricității și pentru a prezice comportamentul cristalului. Acest lucru a fost demonstrat de efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. Tartratul de sodiu și potasiu tetrahidrat și cuarțul au prezentat, de asemenea, piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric a fost folosit pentru a genera o tensiune atunci când a fost deformat. Acest efect a fost foarte exagerat de către Curies pentru a prezice efectul piezoelectric invers. Efectul invers a fost dedus matematic din principiile termodinamice fundamentale de Gabriel Lippmann în 1881.

Curies au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a deformărilor electro-elasto-mecanice în cristalele piezoelectrice. Timp de zeci de ani, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator până când a devenit un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie. Munca lor de explorare și definire a structurilor cristaline care au prezentat piezoelectricitate a culminat cu publicarea „Lehrbuch der Kristallphysik” (Manual de fizică cristalelor) a lui Woldemar Voigt.

Os

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale de a acumula sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Osul este un astfel de material care prezintă acest fenomen.

Osul este un tip de materie biologică care este compus din proteine și minerale, inclusiv colagen, calciu și fosfor. Este cel mai piezoelectric dintre toate materialele biologice și este capabil să genereze o tensiune atunci când este supus la stres mecanic.

Efectul piezoelectric în os este rezultatul structurii sale unice. Este compus dintr-o rețea de fibre de colagen care sunt încorporate într-o matrice de minerale. Când osul este supus la stres mecanic, fibrele de colagen se mișcă, determinând polarizarea mineralelor și generarea unei sarcini electrice.

Efectul piezoelectric în os are o serie de aplicații practice. Este utilizat în imagistica medicală, cum ar fi imagistica cu ultrasunete și cu raze X, pentru a detecta fracturile osoase și alte anomalii. Este, de asemenea, folosit în aparatele auditive cu conducere osoasă, care folosesc efectul piezoelectric pentru a converti undele sonore în semnale electrice care sunt trimise direct către urechea internă.

Efectul piezoelectric în os este utilizat și în implanturile ortopedice, cum ar fi articulațiile artificiale și membrele protetice. Implanturile folosesc efectul piezoelectric pentru a converti energia mecanică în energie electrică, care este apoi folosită pentru alimentarea dispozitivului.

În plus, efectul piezoelectric în os este explorat pentru utilizare în dezvoltarea de noi tratamente medicale. De exemplu, cercetătorii investighează utilizarea piezoelectricității pentru a stimula creșterea oaselor și a repara țesutul deteriorat.

În general, efectul piezoelectric în os este un fenomen fascinant cu o gamă largă de aplicații practice. Este utilizat într-o varietate de aplicații medicale și tehnologice și este explorat pentru utilizare în dezvoltarea de noi tratamente.

ADN-ul

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale de a acumula sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. ADN-ul este un astfel de material care prezintă acest efect. ADN-ul este o moleculă biologică găsită în toate organismele vii și este compusă din patru baze nucleotidice: adenină (A), guanină (G), citozină (C) și timină (T).

ADN-ul este o moleculă complexă care poate fi folosită pentru a genera sarcină electrică atunci când este supusă la stres mecanic. Acest lucru se datorează faptului că moleculele de ADN sunt compuse din două catene de nucleotide care sunt ținute împreună prin legături de hidrogen. Când aceste legături sunt rupte, se generează sarcină electrică.

Efectul piezoelectric al ADN-ului a fost utilizat într-o varietate de aplicații, inclusiv:

• Generarea de energie electrică pentru implanturi medicale
• Detectarea și măsurarea forțelor mecanice în celule
• Dezvoltarea senzorilor la scară nanometrică
• Crearea de biosenzori pentru secvențierea ADN-ului
• Generarea de unde ultrasunete pentru imagistica

Efectul piezoelectric al ADN-ului este, de asemenea, explorat pentru utilizarea sa potențială în dezvoltarea de noi materiale, cum ar fi nanofire și nanotuburi. Aceste materiale ar putea fi utilizate pentru o varietate de aplicații, inclusiv stocarea și detectarea energiei.

Efectul piezoelectric al ADN-ului a fost studiat pe larg și s-a dovedit a fi foarte sensibil la stres mecanic. Acest lucru îl face un instrument valoros pentru cercetătorii și inginerii care doresc să dezvolte noi materiale și tehnologii.

În concluzie, ADN-ul este un material care prezintă efectul piezoelectric, care este capacitatea de a acumula sarcină electrică ca răspuns la stresul mecanic aplicat. Acest efect a fost utilizat într-o varietate de aplicații, inclusiv implanturi medicale, senzori la scară nanometrică și secvențierea ADN-ului. De asemenea, este explorat pentru utilizarea potențială în dezvoltarea de noi materiale, cum ar fi nanofire și nanotuburi.

Proteine

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale de a acumula sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Materialele piezoelectrice, cum ar fi proteinele, cristalele, ceramica și materia biologică precum oasele și ADN-ul, prezintă acest efect. Proteinele, în special, sunt un material piezoelectric unic, deoarece sunt compuse dintr-o structură complexă de aminoacizi care pot fi deformați pentru a genera sarcină electrică.

Proteinele sunt cel mai abundent tip de material piezoelectric și se găsesc într-o varietate de forme. Ele pot fi găsite sub formă de enzime, hormoni și anticorpi, precum și sub formă de proteine structurale precum colagenul și cheratina. Proteinele se găsesc și sub formă de proteine musculare, care sunt responsabile de contracția și relaxarea mușchilor.

Efectul piezoelectric al proteinelor se datorează faptului că acestea sunt compuse dintr-o structură complexă de aminoacizi. Când acești aminoacizi sunt deformați, ei generează sarcină electrică. Această sarcină electrică poate fi apoi utilizată pentru a alimenta o varietate de dispozitive, cum ar fi senzori și dispozitive de acționare.

Proteinele sunt, de asemenea, folosite într-o varietate de aplicații medicale. De exemplu, ele sunt folosite pentru a detecta prezența anumitor proteine în organism, care pot fi folosite pentru a diagnostica boli. Ele sunt, de asemenea, folosite pentru a detecta prezența anumitor bacterii și viruși, care pot fi folosite pentru a diagnostica infecții.

Proteinele sunt, de asemenea, utilizate într-o varietate de aplicații industriale. De exemplu, acestea sunt folosite pentru a crea senzori și dispozitive de acționare pentru o varietate de procese industriale. Ele sunt, de asemenea, folosite pentru a crea materiale care pot fi utilizate în construcția de avioane și alte vehicule.

În concluzie, proteinele sunt un material piezoelectric unic care poate fi folosit într-o varietate de aplicații. Sunt compuse dintr-o structură complexă de aminoacizi care pot fi deformați pentru a genera sarcină electrică și sunt utilizați într-o varietate de aplicații medicale și industriale.

Recoltarea energiei cu piezoelectricitate

În această secțiune, voi discuta despre modul în care piezoelectricitatea poate fi utilizată pentru a recolta energie. Mă voi uita la diferitele aplicații ale piezoelectricității, de la imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală la generatoare de ceas și microbalanțe. De asemenea, voi explora istoria piezoelectricității, de la descoperirea ei de către Pierre Curie până la utilizarea sa în al Doilea Război Mondial. În cele din urmă, voi discuta despre starea actuală a industriei piezoelectrice și despre potențialul de creștere ulterioară.

Imprimare piezoelectrică cu jet de cerneală

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale de a genera o sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Cuvântul „piezoelectricitate” este derivat din cuvintele grecești „piezein” (a strânge sau a apăsa) și „elektron” (chihlimbar), o sursă străveche de sarcină electrică. Materialele piezoelectrice, cum ar fi cristalele, ceramica și materia biologică precum oasele și ADN-ul, sunt utilizate într-o varietate de aplicații.

Piezoelectricitatea este folosită pentru a genera energie electrică de înaltă tensiune, ca generator de ceas, în dispozitive electronice și în microbalanțe. De asemenea, este folosit pentru a antrena duze cu ultrasunete și ansambluri optice de focalizare ultrafine. Imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală este o aplicație populară a acestei tehnologii. Acesta este un tip de imprimare care folosește cristale piezoelectrice pentru a genera o vibrație de înaltă frecvență, care este folosită pentru a ejecta picături de cerneală pe o pagină.

Descoperirea piezoelectricității datează din 1880, când fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie au descoperit efectul. De atunci, efectul piezoelectric a fost exploatat pentru o varietate de aplicații utile. Piezoelectricitatea este folosită în articole de zi cu zi, cum ar fi dispozitivele de gătit și încălzire pe gaz, torțe, brichete și pickup-uri în chitarele amplificate electronic și declanșatoarele din tobele electronice moderne.

Piezoelectricitatea este folosită și în cercetarea științifică. Este baza pentru microscoapele cu sondă de scanare, care sunt folosite pentru a rezolva imagini pe o scară de atomi. Este, de asemenea, utilizat în reflectometrele cu ultrasunete în domeniul timpului, care trimit impulsuri ultrasonice într-un material și măsoară reflexiile pentru a detecta discontinuități și a găsi defecte în interiorul obiectelor din metal turnat și piatră.

Dezvoltarea dispozitivelor și materialelor piezoelectrice a fost condusă de necesitatea unei performanțe mai bune și a proceselor de fabricație mai ușoare. În Statele Unite, dezvoltarea cristalelor de cuarț pentru uz comercial a fost un factor major în creșterea industriei piezoelectrice. În schimb, producătorii japonezi au reușit să împărtășească rapid informații și să dezvolte noi aplicații, ceea ce duce la o creștere rapidă pe piața japoneză.

Piezoelectricitatea a revoluționat modul în care folosim energia, de la articole de zi cu zi, cum ar fi brichetele, până la cercetări științifice avansate. Este o tehnologie versatilă care ne-a permis să explorăm și să dezvoltăm noi materiale și aplicații și va continua să fie o parte importantă a vieții noastre în anii următori.

Generarea de energie electrică de înaltă tensiune

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale solide de a acumula sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Cuvântul „piezoelectricitate” este derivat din cuvintele grecești „piezein” care înseamnă „strângeți” sau „apăsați” și „ēlektron” care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică. Piezoelectricitatea este o interacțiune electromecanică liniară între stările mecanice și electrice din materialele cristaline cu simetrie inversă.

Efectul piezoelectric este un proces reversibil; materialele care prezintă piezoelectricitate prezintă, de asemenea, efectul piezoelectric invers, generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. De exemplu, cristalele de titanat de zirconat de plumb generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, cristalele își pot schimba dimensiunea statică atunci când se aplică un câmp electric extern, fenomen cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers, care este utilizat în producerea undelor cu ultrasunete.

Efectul piezoelectric este utilizat într-o varietate de aplicații, inclusiv generarea de energie electrică de înaltă tensiune. Materialele piezoelectrice sunt utilizate în producerea și detectarea sunetului, în imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, în generatoare de ceasuri, în dispozitive electronice, în microbalanțe, în duze cu ultrasunete cu antrenare și în ansambluri optice de focalizare ultrafine.

Piezoelectricitatea este, de asemenea, utilizată în aplicații de zi cu zi, cum ar fi generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, în torțe, brichete și materiale cu efect piroelectric, care generează potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură. Acest efect a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele lui René Haüy și Antoine César Becquerel, care au postulat o relație între stresul mecanic și sarcina electrică, deși experimentele lor s-au dovedit neconcludente.

Cunoștințele combinate despre piroelectricitate și înțelegerea structurilor cristaline subiacente au dat naștere predicției piroelectricității și capacității de a prezice comportamentul cristalului. Acest lucru a fost demonstrat de efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. Tartratul de sodiu, potasiu tetrahidrat și cuarțul au prezentat, de asemenea, piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric a fost folosit pentru a genera o tensiune atunci când a fost deformat. Acest lucru a fost foarte exagerat în demonstrația curie a efectului piezoelectric direct.

Frații Pierre și Jacques Curie au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a deformațiilor electro-elasto-mecanice din cristalele piezoelectrice. Timp de zeci de ani, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator, dar a fost un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie. Munca lor de a explora și defini structurile cristaline care au prezentat piezoelectricitate a culminat cu publicarea Lehrbuch der Kristallphysik (Manual de fizică a cristalelor) a lui Woldemar Voigt, care a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice folosind analiza tensorială.

Aplicarea practică a dispozitivelor piezoelectrice a început odată cu dezvoltarea sonarului în timpul Primului Război Mondial. În Franța, Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete. Detectorul a constat dintr-un traductor realizat din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel și un hidrofon pentru a detecta ecoul returnat. Emițând un impuls de înaltă frecvență de la traductor și măsurând timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care sară de pe un obiect, ei au putut calcula distanța obiectului. Au folosit piezoelectricitatea pentru a face sonarul un succes, iar proiectul a creat o dezvoltare intensă și un interes pentru dispozitivele piezoelectrice în următoarele decenii.

Au fost explorate și dezvoltate noi materiale piezoelectrice și noi aplicații pentru aceste materiale. Dispozitivele piezoelectrice au găsit locuințe într-o varietate de domenii, cum ar fi cartușele de fonograf ceramice, ceea ce a simplificat designul playerului și a creat playere mai ieftine, mai precise, mai ieftine de întreținut și mai ușor de construit. Dezvoltarea traductoarelor cu ultrasunete a permis măsurarea ușoară a vâscozității și elasticității fluidelor și solidelor, rezultând progrese uriașe în cercetarea materialelor. Reflectometrele cu ultrasunete din domeniul timpului trimit un impuls ultrasonic într-un material și măsoară reflexiile și discontinuitățile pentru a găsi defecte în interiorul obiectelor din metal turnat și piatră, îmbunătățind siguranța structurală.

Al Doilea Război Mondial, grupuri independente de cercetare din Statele Unite, Rusia și Japonia au descoperit o nouă clasă de materiale sintetice numite fer

Generator de ceas

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale de a acumula sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Acest fenomen a fost folosit pentru a crea o serie de aplicații utile, inclusiv generatoare de ceas. Generatoarele de ceas sunt dispozitive care folosesc piezoelectricitate pentru a genera semnale electrice cu sincronizare precisă.

Generatoarele de ceasuri sunt utilizate într-o varietate de aplicații, cum ar fi computere, telecomunicații și sisteme auto. Ele sunt, de asemenea, utilizate în dispozitivele medicale, cum ar fi stimulatoarele cardiace, pentru a asigura sincronizarea precisă a semnalelor electrice. Generatoarele de ceasuri sunt folosite și în automatizarea industrială și robotică, unde sincronizarea precisă este esențială.

Efectul piezoelectric se bazează pe interacțiunea electromecanică liniară dintre stările mecanice și electrice în materiale cristaline cu simetrie inversă. Acest efect este reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă piezoelectricitate pot genera și efort mecanic atunci când se aplică un câmp electric. Acesta este cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers și este folosit pentru a produce unde ultrasunete.

Generatoarele de ceas folosesc acest efect piezoelectric invers pentru a genera semnale electrice cu sincronizare precisă. Materialul piezoelectric este deformat de un câmp electric, care îl face să vibreze la o anumită frecvență. Această vibrație este apoi convertită într-un semnal electric, care este folosit pentru a genera un semnal de sincronizare precis.

Generatoarele de ceasuri sunt utilizate într-o varietate de aplicații, de la dispozitive medicale la automatizări industriale. Sunt fiabile, precise și ușor de utilizat, ceea ce le face o alegere populară pentru multe aplicații. Piezoelectricitatea este o parte importantă a tehnologiei moderne, iar generatoarele de ceasuri sunt doar una dintre numeroasele aplicații ale acestui fenomen.

Dispozitive electronice

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale solide de a acumula sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Acest fenomen, cunoscut sub numele de efect piezoelectric, este folosit într-o varietate de dispozitive electronice, de la pickup-uri în chitarele amplificate electronic până la declanșatoare în tobe electronice moderne.

Piezoelectricitatea este derivată din cuvintele grecești πιέζειν (piezein) care înseamnă „strânge” sau „apăsați” și ἤλεκτρον (ēlektron) care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică. Materialele piezoelectrice sunt cristale, ceramică și materie biologică, cum ar fi proteinele osoase și ADN, care prezintă efectul piezoelectric.

Efectul piezoelectric este o interacțiune electromecanică liniară între stările mecanice și electrice în materiale cristaline cu simetrie inversă. Este un proces reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă efectul piezoelectric prezintă și efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. De exemplu, cristalele de titanat de zirconat de plumb generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, cristalele își pot schimba dimensiunea statică atunci când se aplică un câmp electric extern, fenomen cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers, care este utilizat în producerea undelor cu ultrasunete.

Descoperirea piezoelectricității este atribuită fizicienilor francezi Pierre și Jacques Curie, care au demonstrat efectul piezoelectric direct în 1880. Cunoștințele lor combinate despre piroelectricitate și înțelegerea structurilor cristaline subiacente au dat naștere predicției efectului piroelectric și a capacității de a prezice. comportamentul cristalului a fost demonstrat cu efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle.

Piezoelectricitatea a fost utilizată într-o varietate de aplicații de zi cu zi, cum ar fi generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și materiale cu efect piroelectric care generează potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură. Acest lucru a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele de la René Haüy și Antoine César Becquerel, care au postulat o relație între stresul mecanic și sarcina electrică. Experimentele s-au dovedit însă neconcludente, până când vederea unui cristal piezo la muzeul compensatorului Curie din Scoția a demonstrat efectul piezoelectric direct al fraților Curie.

Piezoelectricitatea este folosită într-o varietate de dispozitive electronice, de la pickup-uri în chitarele amplificate electronic până la declanșatoare în tobe electronice moderne. Este, de asemenea, utilizat în producția și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de electricitate de înaltă tensiune, generatoare de ceas, microbalanțe, duze ultrasonice de antrenare și ansambluri optice de focalizare ultrafine. Piezoelectricitatea este, de asemenea, baza pentru microscoapele cu sondă de scanare, care sunt utilizate pentru a rezolva imagini la scara atomilor.

microbalanțele

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale solide de a acumula sarcină electrică ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Piezoelectricitatea este derivată din cuvintele grecești πιέζειν (piezein), care înseamnă „strânge” sau „apăsați”, și ἤλεκτρον (ēlektron), care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Piezoelectricitatea este utilizată într-o varietate de aplicații de zi cu zi, cum ar fi generarea de scântei pentru a aprinde gazul pentru dispozitive de gătit și încălzire, torțe, brichete și multe altele. De asemenea, este utilizat în producerea și detectarea sunetului și în imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală.

Piezoelectricitatea este, de asemenea, folosită pentru a genera electricitate de înaltă tensiune și stă la baza generatoarelor de ceas și a dispozitivelor electronice, cum ar fi microbalanțele. Piezoelectricitatea este, de asemenea, utilizată pentru a antrena duze cu ultrasunete și ansambluri optice de focalizare ultrafine.

Descoperirea piezoelectricității este atribuită fizicienilor francezi Jacques și Pierre Curie în 1880. Frații Curie și-au combinat cunoștințele despre piroelectricitate și înțelegerea structurilor cristaline subiacente pentru a da naștere conceptului de piezoelectricitate. Ei au putut prezice comportamentul cristalelor și au demonstrat efectul în cristale precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle.

Efectul piezoelectric a fost exploatat pentru aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului. Dezvoltarea sonarului în timpul Primului Război Mondial a reprezentat o descoperire majoră în utilizarea piezoelectricității. După cel de-al Doilea Război Mondial, grupuri independente de cercetare din Statele Unite, Rusia și Japonia au descoperit o nouă clasă de materiale sintetice numite feroelectrice, care prezentau constante piezoelectrice de până la zece ori mai mari decât materialele naturale.

Acest lucru a condus la cercetare și dezvoltare intensă a materialelor titanat de bariu și mai târziu zirconat de plumb, care au avut proprietăți specifice pentru anumite aplicații. Un exemplu semnificativ de utilizare a cristalelor piezoelectrice a fost dezvoltat la Bell Telephone Laboratories după cel de-al Doilea Război Mondial.

Frederick R. Lack, care lucrează în departamentul de inginerie de radiotelefonie, a dezvoltat un cristal tăiat care a funcționat pe o gamă largă de temperaturi. Cristalul lui Lack nu a avut nevoie de accesoriile grele ale cristalelor anterioare, facilitând utilizarea lui în aeronave. Această dezvoltare a permis forțelor aeriene aliate să se angajeze în atacuri în masă coordonate folosind radioul aviației.

Dezvoltarea dispozitivelor și materialelor piezoelectrice în Statele Unite a ținut mai multe companii în afaceri, iar dezvoltarea cristalelor de cuarț a fost exploatată comercial. Materialele piezoelectrice au fost folosite de atunci într-o varietate de aplicații, inclusiv imagistica medicală, curățarea cu ultrasunete și multe altele.

Drive cu ultrasunete

Piezoelectricitatea este sarcina electrică care se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Este un răspuns la stresul mecanic aplicat și este derivat din cuvintele grecești „piezein”, care înseamnă „strângeți” sau „apăsați”, și „elektron”, care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Efectul piezoelectric este o interacțiune electromecanică liniară între stările mecanice și electrice ale materialelor cristaline cu simetrie inversă. Este un proces reversibil, adică materialele care prezintă efectul piezoelectric prezintă și efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. Un exemplu în acest sens sunt cristalele de titanat de zirconat de plumb, care generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, atunci când se aplică un câmp electric extern, cristalele își schimbă dimensiunea statică, rezultând efectul piezoelectric invers, care este producerea de unde ultrasunete.

Fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie au descoperit piezoelectricitatea în 1880 și de atunci a fost exploatată pentru o varietate de aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului. Piezoelectricitatea are, de asemenea, utilizări de zi cu zi, cum ar fi generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și multe altele.

Efectul piroelectric, care este materialul care generează un potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură, a fost studiat de Carl Linnaeus, Franz Aepinus și de la mijlocul secolului al XVIII-lea, adunând cunoștințele de la René Haüy și Antoine César Becquerel, care au postulat relația dintre stresul mecanic și incarcare electrica. Experimentele pentru a demonstra acest lucru au fost neconcludente.

Vederea unui cristal piezoelectric din Compensatorul Curie de la Muzeul Hunterian din Scoția este o demonstrație a efectului piezoelectric direct de către frații Pierre și Jacques Curie. Combinarea cunoștințelor lor despre piroelectricitate și înțelegerea structurilor cristaline subiacente a dat naștere la predicția piroelectricității și le-a permis să prezică comportamentul cristalului. Acest lucru a fost demonstrat cu efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sare Rochelle. Tartratul de sodiu și potasiu tetrahidrat și cuarțul au prezentat, de asemenea, piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric a fost folosit pentru a genera o tensiune atunci când a fost deformat. Acest lucru a fost foarte exagerat de către Curies pentru a prezice efectul piezoelectric invers, care a fost dedus matematic din principiile termodinamice fundamentale de Gabriel Lippmann în 1881.

Curies au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină dovada cantitativă a reversibilității complete a deformațiilor electro-elasto-mecanice în cristalele piezoelectrice. Timp de zeci de ani, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator, dar a fost un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie în munca lor de explorare și definire a structurilor de cristal care prezentau piezoelectricitate. Acest lucru a culminat cu publicarea lui Woldemar Voigt Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics), care a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice prin analiza tensorială.

Aplicarea practică a dispozitivelor piezoelectrice a început cu sonarul, care a fost dezvoltat în timpul Primului Război Mondial. În Franța, Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete. Detectorul consta dintr-un traductor format din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel, numit hidrofon, pentru a detecta ecoul returnat după emiterea unui impuls de înaltă frecvență. Măsurând timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care răsună de pe un obiect, ei ar putea calcula distanța obiectului. Această utilizare a piezoelectricității în sonar a fost un succes, iar proiectul a creat o dezvoltare intensă și un interes pentru dispozitivele piezoelectrice timp de decenii.

Au fost explorate și dezvoltate noi materiale piezoelectrice și noi aplicații pentru aceste materiale, iar dispozitivele piezoelectrice și-au găsit locuințe în domenii precum cartușele de fonograf ceramice, ceea ce a simplificat designul playerului și a făcut pentru playere mai ieftine, mai precise, mai ieftine de întreținut și mai ușor de construit. . Dezvoltarea traductoarelor cu ultrasunete a permis măsurarea ușoară a vâscozității și elasticității fluidelor și solidelor, rezultând progrese uriașe în cercetarea materialelor. Reflectometrele cu ultrasunete din domeniul timpului trimit un impuls ultrasonic printr-un material și măsoară reflexiile și discontinuitățile pentru a găsi defecte în interiorul obiectelor din metal turnat și piatră.

Ansambluri optice de focalizare ultrafine

Piezoelectricitatea este capacitatea anumitor materiale de a acumula sarcină electrică atunci când sunt supuse la stres mecanic. Este o interacțiune electromecanică liniară între stările electrice și mecanice ale materialelor cristaline cu simetrie inversă. Piezoelectricitatea este un proces reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă piezoelectricitate prezintă și efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat.

Piezoelectricitatea a fost utilizată într-o varietate de aplicații, inclusiv producerea și detectarea sunetului și generarea de electricitate de înaltă tensiune. Piezoelectricitatea este, de asemenea, utilizată în imprimarea cu jet de cerneală, generatoare de ceas, dispozitive electronice, microbalanțe, duze ultrasonice de antrenare și ansambluri optice de focalizare ultrafine.

Piezoelectricitatea a fost descoperită în 1880 de către fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie. Efectul piezoelectric este exploatat în aplicații utile, cum ar fi producerea și detectarea sunetului și generarea de energie electrică de înaltă tensiune. De asemenea, este utilizată imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, precum și generatoare de ceas, dispozitive electronice, microbalanțe, duze ultrasonice de antrenare și ansambluri optice de focalizare ultrafine.

Piezoelectricitatea și-a găsit drumul în utilizările de zi cu zi, cum ar fi generarea de scântei pentru a aprinde gazul pentru dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și materiale cu efect piroelectric care generează potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură. Acest efect a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele de la René Haüy și Antoine César Becquerel, care au postulat o relație între stresul mecanic și sarcina electrică. Experimentele s-au dovedit neconcludente.

Tartratul de sodiu și potasiu tetrahidrat, iar cuarțul și sarea Rochelle au prezentat piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric a fost folosit pentru a genera o tensiune atunci când s-a deformat, deși schimbarea formei a fost mult exagerată. Curies au prezis efectul invers piezoelectric, iar efectul invers a fost dedus matematic din principiile termodinamice fundamentale de Gabriel Lippmann în 1881. Curies au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a electro-ului. deformari elasto-mecanice in cristale piezoelectrice.

Timp de zeci de ani, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator până când a devenit un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie. Munca lor de explorare și definire a structurilor cristaline care au prezentat piezoelectricitate a culminat cu publicarea Lehrbuch der Kristallphysik (Manual de fizică cristalelor) a lui Woldemar Voigt. Acesta a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice folosind analiza tensorială pentru aplicarea practică a dispozitivelor piezoelectrice.

Dezvoltarea sonarului a fost un proiect de succes care a creat o dezvoltare intensă și un interes pentru dispozitivele piezoelectrice. Decenii mai târziu, au fost explorate și dezvoltate noi materiale piezoelectrice și noi aplicații pentru aceste materiale. Dispozitivele piezoelectrice au găsit locuințe într-o varietate de domenii, cum ar fi cartușele de fonograf ceramice, ceea ce a simplificat proiectarea playerului și a făcut playerele mai ieftine și mai ușor de întreținut și construit. Dezvoltarea traductoarelor cu ultrasunete a permis măsurarea ușoară a vâscozității și elasticității fluidelor și solidelor, rezultând progrese uriașe în cercetarea materialelor. Reflectometrele cu ultrasunete din domeniul timpului trimit un impuls ultrasonic într-un material și măsoară reflexiile și discontinuitățile pentru a găsi defecte în interiorul obiectelor din metal turnat și piatră, îmbunătățind siguranța structurală.

Începuturile domeniului intereselor piezoelectrice au fost asigurate cu brevetele profitabile ale noilor materiale dezvoltate din cristale de cuarț, care au fost exploatate comercial ca material piezoelectric. Oamenii de știință au căutat materiale mai performante și, în ciuda progreselor în materie de materiale și a maturării proceselor de fabricație, piața din Statele Unite nu a crescut rapid. În schimb, producătorii japonezi au împărtășit informații rapid și noile aplicații pentru creșterea în industria piezoelectrică din Statele Unite au avut de suferit, spre deosebire de producătorii japonezi.

Motoare piezoelectrice

În această secțiune, voi vorbi despre modul în care piezoelectricitatea este utilizată în tehnologia modernă. De la microscoape cu sondă de scanare care pot rezolva imagini la scara atomilor până la pickup-uri pentru chitare amplificate electronic și declanșatoare pentru tobe electronice moderne, piezoelectricitatea a devenit o parte integrantă a multor dispozitive. Voi explora istoria piezoelectricității și modul în care aceasta a fost utilizată într-o varietate de aplicații.

Formează baza microscoapelor cu sondă de scanare

Piezoelectricitatea este sarcina electrică care se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Este răspunsul la stresul mecanic aplicat, iar cuvântul piezoelectricitate provine din cuvântul grecesc πιέζειν (piezein) care înseamnă „strângere” sau „apăsare” și ἤλεκτρον (ēlektron) care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Motoarele piezoelectrice sunt dispozitive care folosesc efectul piezoelectric pentru a genera mișcare. Acest efect este interacțiunea electromecanică liniară dintre stările mecanice și electrice din materialele cristaline cu simetrie inversă. Este un proces reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă efectul piezoelectric prezintă și efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. Exemple de materiale care generează piezoelectricitate măsurabilă sunt cristalele de titanat de zirconat de plumb.

Efectul piezoelectric este exploatat în aplicații utile, cum ar fi producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de energie electrică de înaltă tensiune, generatoare de ceas și dispozitive electronice precum microbalanțele și duzele ultrasonice de antrenare pentru ansambluri optice de focalizare ultrafine. De asemenea, formează baza microscoapelor cu sondă de scanare, care sunt folosite pentru a rezolva imagini la scara atomilor.

Piezoelectricitatea a fost descoperită în 1880 de către fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie. Vederea unui cristal piezo și a compensatorului Curie poate fi văzută la Muzeul Hunterian din Scoția, care este o demonstrație a efectului piezoelectric direct de către frații Pierre și Jacques Curie.

Combinând cunoștințele lor despre piroelectricitate și înțelegerea lor asupra structurilor cristaline subiacente, a dat naștere predicției piroelectricității, ceea ce le-a permis să prezică comportamentul cristalului. Acest lucru a fost demonstrat de efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. Tartratul de sodiu și potasiu tetrahidrat, iar cuarțul și sarea Rochelle au prezentat piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric a fost folosit pentru a genera o tensiune atunci când s-a deformat, deși acest lucru a fost foarte exagerat de către Curies.

Ei au prezis, de asemenea, efectul piezoelectric invers, iar acest lucru a fost dedus matematic din principiile termodinamice fundamentale de Gabriel Lippmann în 1881. Curies au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a electro-elasto-ului. deformatii mecanice in cristale piezoelectrice.

Timp de zeci de ani, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator până când a devenit un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie. Munca lor de a explora și defini structurile cristaline care au prezentat piezoelectricitate a culminat cu publicarea Lehrbuch der Kristallphysik (Manual de fizică a cristalelor) a lui Woldemar Voigt, care a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice și analiza tensorilor.

Acest lucru a condus la aplicarea practică a dispozitivelor piezoelectrice, cum ar fi sonarul, care a fost dezvoltat în timpul Primului Război Mondial. În Franța, Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete. Acest detector a constat dintr-un traductor realizat din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel și un hidrofon pentru a detecta ecoul returnat după emiterea unui impuls de înaltă frecvență de la traductor. Măsurând timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care răsună de pe un obiect, ei au putut calcula distanța obiectului. Au folosit piezoelectricitatea pentru a face acest sonar un succes, iar proiectul a creat o dezvoltare intensă și un interes pentru dispozitivele piezoelectrice timp de decenii.

Au fost explorate și dezvoltate noi materiale piezoelectrice și noi aplicații pentru aceste materiale, iar dispozitivele piezoelectrice și-au găsit case în multe domenii, cum ar fi cartușele de fonograf ceramice, care au simplificat designul playerului și au făcut pentru playere mai ieftine și mai precise, mai ieftine de întreținut și mai ușor de întreținut. a construi. Dezvoltarea traductoarelor cu ultrasunete a permis măsurarea ușoară a vâscozității și elasticității fluidelor și solidelor, rezultând progrese uriașe în cercetarea materialelor. Reflectometrele cu ultrasunete din domeniul timpului trimit un impuls ultrasonic într-un material și măsoară reflexiile și discontinuitățile pentru a găsi defecte în interiorul obiectelor din metal turnat și piatră, îmbunătățind siguranța structurală.

În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, grupuri de cercetare independente din Statele Unite

Rezolvați imagini la scara atomilor

Piezoelectricitatea este sarcina electrică care se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Este un răspuns la stresul mecanic aplicat și este derivat din cuvântul grecesc „piezein”, care înseamnă a strânge sau a apăsa. Efectul piezoelectric rezultă din interacțiunea electromecanică liniară dintre stările mecanice și electrice din materialele cristaline cu simetrie inversă.

Piezoelectricitatea este un proces reversibil, iar materialele care prezintă efectul piezoelectric prezintă, de asemenea, efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. Exemple în acest sens includ cristalele de titanat de zirconat de plumb, care generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, cristalele își schimbă dimensiunea statică atunci când se aplică un câmp electric extern, care este cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers și este utilizat în producerea undelor cu ultrasunete.

Fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie au descoperit piezoelectricitatea în 1880. Efectul piezoelectric a fost exploatat pentru o varietate de aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de electricitate de înaltă tensiune, generatoare de ceas și dispozitive electronice precum microbalanțele și antrenează duzele cu ultrasunete. De asemenea, formează baza microscoapelor cu sondă de scanare, care sunt folosite pentru a rezolva imagini la scara atomilor.

Piezoelectricitatea este, de asemenea, utilizată în aplicații de zi cu zi, cum ar fi generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și multe altele. Efectul piroelectric, care este un material care generează un potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură, a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea. Bazându-se pe cunoștințele lui René Haüy și Antoine César Becquerel, ei au postulat o relație între stresul mecanic și sarcina electrică, dar experimentele lor s-au dovedit neconcludente.

Vizitatorii Muzeului Hunterian din Glasgow pot vedea un compensator Curie de cristal piezo, o demonstrație a efectului piezoelectric direct de către frații Pierre și Jacques Curie. Combinate cu cunoștințele lor despre piroelectricitate și înțelegerea structurilor cristaline subiacente, au dat naștere predicției piroelectricității și capacității de a prezice comportamentul cristalului. Acest lucru a fost demonstrat de efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. Tartratul de sodiu și potasiu tetrahidrat, iar cuarțul și sarea Rochelle au prezentat piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric generează o tensiune atunci când este deformat, deși schimbarea formei este foarte exagerată. Soții Curie au putut prezice efectul piezoelectric invers, iar efectul invers a fost dedus matematic din principiile termodinamice fundamentale de Gabriel Lippmann în 1881.

Pickup Chitare amplificate electronic

Motoarele piezoelectrice sunt motoare electrice care folosesc efectul piezoelectric pentru a transforma energia electrică în energie mecanică. Efectul piezoelectric este capacitatea anumitor materiale de a genera o sarcină electrică atunci când sunt supuse la stres mecanic. Motoarele piezoelectrice sunt folosite într-o varietate de aplicații, de la alimentarea dispozitivelor mici, cum ar fi ceasurile și ceasurile, până la alimentarea mașinilor mai mari, cum ar fi roboții și echipamentele medicale.

Motoarele piezoelectrice sunt folosite în pickup-uri chitare amplificate electronic. Aceste pickup-uri folosesc efectul piezoelectric pentru a converti vibrațiile corzilor chitarei într-un semnal electric. Acest semnal este apoi amplificat și trimis către un amplificator, care produce sunetul chitarei. Pickup-urile piezoelectrice sunt, de asemenea, folosite în tobele electronice moderne, unde sunt folosite pentru a detecta vibrațiile capurilor de tobe și pentru a le converti într-un semnal electric.

Motoarele piezoelectrice sunt, de asemenea, utilizate în microscoapele cu sondă de scanare, care folosesc efectul piezoelectric pentru a muta o sondă minusculă pe o suprafață. Acest lucru permite microscopului să rezolve imagini la scara atomilor. Motoarele piezoelectrice sunt, de asemenea, folosite în imprimantele cu jet de cerneală, unde sunt folosite pentru a muta capul de imprimare înainte și înapoi pe pagină.

Motoarele piezoelectrice sunt utilizate într-o varietate de alte aplicații, inclusiv dispozitive medicale, componente auto și electronice de larg consum. Ele sunt, de asemenea, utilizate în aplicații industriale, cum ar fi în producția de piese de precizie și în asamblarea componentelor complexe. Efectul piezoelectric este utilizat și în producerea undelor cu ultrasunete, care sunt utilizate în imagistica medicală și în detectarea defectelor materialelor.

În general, motoarele piezoelectrice sunt folosite într-o gamă largă de aplicații, de la alimentarea dispozitivelor mici până la alimentarea mașinilor mai mari. Ele sunt utilizate în pickup-uri, chitare amplificate electronic, tobe electronice moderne, microscoape cu sonde de scanare, imprimante cu jet de cerneală, dispozitive medicale, componente auto și electronice de larg consum. Efectul piezoelectric este utilizat și în producerea de unde ultrasunete și în detectarea defectelor materialelor.

Declanșează tobe electronice moderne

Piezoelectricitatea este sarcina electrică care se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Este răspunsul acestor materiale la solicitarea mecanică aplicată. Cuvântul piezoelectricitate este derivat din cuvântul grecesc „piezein”, care înseamnă „strânge sau apăsă”, și cuvântul „elektron”, care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Motoarele piezoelectrice sunt dispozitive care folosesc efectul piezoelectric pentru a genera mișcare. Acest efect rezultă din interacțiunea electromecanică liniară dintre stările mecanice și electrice ale materialelor cristaline cu simetrie inversă. Este un proces reversibil, adică materialele care prezintă efectul piezoelectric prezintă și efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. Un exemplu în acest sens sunt cristalele de titanat de zirconat de plumb, care generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, atunci când se aplică un câmp electric extern, cristalele își schimbă dimensiunea statică, producând unde ultrasunete.

Motoarele piezoelectrice sunt utilizate într-o varietate de aplicații de zi cu zi, cum ar fi:

• Generarea de scântei pentru aprinderea gazelor în aparatele de gătit și încălzire
• Torțe, brichete și materiale cu efect piroelectric
• Generarea de potențial electric ca răspuns la schimbarea temperaturii
• Producerea și detectarea sunetului
• Imprimare piezoelectrică cu jet de cerneală
• Generarea de energie electrică de înaltă tensiune
• Generator de ceasuri și dispozitive electronice
• Microbalanțele
• Acționați duzele cu ultrasunete și ansamblurile optice de focalizare ultrafine
• Formează baza microscoapelor cu sondă de scanare
• Rezolvați imagini la scara atomilor
• Pickup-uri chitare amplificate electronic
• Declanșează tobe electronice moderne.

Modelarea electromecanică a traductoarelor piezoelectrice

În această secțiune, voi explora modelarea electromecanică a traductoarelor piezoelectrice. Mă voi uita la istoria descoperirii piezoelectricității, a experimentelor care au demonstrat existența acesteia și a dezvoltării dispozitivelor și materialelor piezoelectrice. De asemenea, voi discuta despre contribuțiile fizicienilor francezi Pierre și Jacques Curie, Carl Linnaeus și Franz Aepinus, Rene Hauy și Antoine Cesar Becquerel, Gabriel Lippmann și Woldemar Voigt.

Fizicienii francezi Pierre și Jacques Curie

Piezoelectricitatea este un fenomen electromecanic în care sarcina electrică se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Această sarcină este generată ca răspuns la o solicitare mecanică aplicată. Cuvântul „piezoelectricitate” este derivat din cuvântul grecesc „piezein”, care înseamnă „strânge sau apăsă”, și „elektron”, care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de încărcare electrică.

Efectul piezoelectric rezultă dintr-o interacțiune electromecanică liniară între stările mecanice și electrice în materiale cu simetrie inversă. Acest efect este reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă efectul piezoelectric prezintă, de asemenea, efectul piezoelectric invers, în care generarea internă de deformare mecanică este produsă ca răspuns la un câmp electric aplicat. De exemplu, cristalele de titanat de zirconat de plumb generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, atunci când se aplică un câmp electric extern, cristalele își schimbă dimensiunea statică, producând unde ultrasunete în procesul cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers.

În 1880, fizicienii francezi Pierre și Jacques Curie au descoperit efectul piezoelectric și de atunci a fost exploatat pentru o varietate de aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de electricitate de înaltă tensiune, generatoare de ceas și electronice. dispozitive precum microbalanțele și duzele cu ultrasunete de antrenare pentru ansambluri optice de focalizare ultrafine. De asemenea, formează baza pentru microscoapele cu sondă de scanare, care pot rezolva imagini la scara atomilor. Piezoelectricitatea este, de asemenea, folosită în pickup-uri pentru chitarele amplificate electronic și declanșatoarele pentru tobe electronice moderne.

Piezoelectricitatea are, de asemenea, utilizări de zi cu zi, cum ar fi generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și multe altele. Efectul piroelectric, în care un material generează un potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură, a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele lui René Hauy și Antoine César Becquerel, care au postulat o relație între stres mecanic și sarcină electrică, deși experimentele lor s-au dovedit neconcludente.

Combinând cunoștințele lor despre piroelectricitate cu o înțelegere a structurilor cristaline subiacente, Curies au reușit să dea naștere predicției piroelectricității și să prezică comportamentul cristalelor. Acest lucru a fost demonstrat în efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. Tartratul de sodiu, potasiu tetrahidrat și cuarțul au prezentat, de asemenea, piezoelectricitate. Un disc piezoelectric generează o tensiune atunci când este deformat, deși acest lucru este foarte exagerat în demonstrația lui Curies. Ei au putut, de asemenea, să prezică efectul piezoelectric invers și să-l deducă matematic din principiile termodinamice fundamentale ale lui Gabriel Lippmann în 1881.

Curies au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a deformărilor electro-elasto-mecanice în cristalele piezoelectrice. În deceniile care au urmat, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator până când a devenit un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie. Munca lor de explorare și definire a structurilor cristaline care au prezentat piezoelectricitate a culminat cu publicarea „Lehrbuch der Kristallphysik” (Manual de fizică cristalelor) a lui Woldemar Voigt.

Experimentele s-au dovedit neconcludente

Piezoelectricitatea este un fenomen electromecanic în care sarcina electrică se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Este răspunsul la stresul mecanic aplicat, iar cuvântul „piezoelectricitate” este derivat din cuvintele grecești „piezein”, care înseamnă „strânge sau apăsați”, și „ēlektron”, care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Efectul piezoelectric rezultă din interacțiunea electromecanică liniară dintre stările mecanice și electrice ale materialelor cristaline cu simetrie inversă. Este un proces reversibil; materialele care prezintă efectul piezoelectric prezintă, de asemenea, efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. De exemplu, cristalele de titanat de zirconat de plumb generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, cristalele își pot schimba dimensiunea statică atunci când este aplicat un câmp electric extern, cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers, care este utilizat în producerea undelor cu ultrasunete.

Fizicienii francezi Pierre și Jacques Curie au descoperit piezoelectricitatea în 1880. De atunci, aceasta a fost exploatată pentru o varietate de aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de electricitate de înaltă tensiune, generatoare de ceas și dispozitive electronice precum microbalanțele. , antrenează duze cu ultrasunete și ansambluri optice de focalizare ultrafine. De asemenea, formează baza microscoapelor cu sondă de scanare, care pot rezolva imagini la scara atomilor. Piezoelectricitatea este, de asemenea, folosită în pickup-uri pentru chitarele amplificate electronic și declanșatoarele pentru tobe electronice moderne.

Piezoelectricitatea își găsește utilizări de zi cu zi în generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și multe altele. Efectul piroelectric, în care un material generează un potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură, a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele lui René Hauy și Antoine César Becquerel, care au postulat o relație. între stresul mecanic și sarcina electrică. Experimentele s-au dovedit neconcludente.

Cunoștințele combinate despre piroelectricitate și înțelegerea structurilor cristaline subiacente au dat naștere predicției piroelectricității și capacității de a prezice comportamentul cristalelor. Acest lucru a fost demonstrat în efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. Tartratul de sodiu, potasiu tetrahidrat și cuarțul au prezentat, de asemenea, piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric a fost folosit pentru a genera o tensiune atunci când a fost deformat. Acest lucru a fost foarte exagerat în demonstrația curie a efectului piezoelectric direct.

Frații Pierre și Jacques Curie au prezis efectul invers piezoelectric, iar efectul invers a fost dedus matematic din principiile termodinamice fundamentale de către Gabriel Lippmann în 1881. Soții Curie au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină o dovadă cantitativă a completului. reversibilitatea deformaţiilor electro-elasto-mecanice în cristale piezoelectrice.

Timp de zeci de ani, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator, dar a fost un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie. Munca lor de explorare și definire a structurilor cristaline care au prezentat piezoelectricitate a culminat cu publicarea Lehrbuch der Kristallphysik (Manual de fizică cristalelor) a lui Woldemar Voigt. Aceasta a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice folosind analiza tensorală. Aceasta a fost prima aplicație practică a traductoarelor piezoelectrice, iar sonarul a fost dezvoltat în timpul Primului Război Mondial. În Franța, Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete.

Carl Linnaeus și Franz Aepinus

Piezoelectricitatea este un fenomen electromecanic în care sarcina electrică se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Această sarcină este generată ca răspuns la solicitarea mecanică aplicată. Cuvântul piezoelectricitate provine din cuvintele grecești πιέζειν (piezein) care înseamnă „strânge sau apăsați” și ἤλεκτρον (ēlektron) care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Efectul piezoelectric rezultă dintr-o interacțiune electromecanică liniară între stările mecanice și electrice ale materialelor cristaline cu simetrie inversă. Acest efect este reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă piezoelectricitate prezintă și efectul piezoelectric invers, care este generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. De exemplu, cristalele de titanat de zirconat de plumb generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, cristalele își pot schimba dimensiunea statică atunci când este aplicat un câmp electric extern, care este cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers și este utilizat în producerea undelor cu ultrasunete.

În 1880, fizicienii francezi Jacques și Pierre Curie au descoperit efectul piezoelectric și de atunci acesta a fost exploatat pentru multe aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de electricitate de înaltă tensiune, generatoare de ceas, dispozitive electronice, microbalanțe. , antrenează duze cu ultrasunete și ansambluri optice de focalizare ultrafine. De asemenea, formează baza pentru microscoapele cu sondă de scanare, care sunt utilizate pentru a rezolva imagini la scara atomilor. Piezoelectricitatea este, de asemenea, folosită în pickup-uri pentru chitarele amplificate electronic și declanșatoarele pentru tobe electronice moderne.

Piezoelectricitatea se găsește și în utilizările de zi cu zi, cum ar fi generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, torțe, brichete și efectul piroelectric, care este atunci când un material generează un potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură. Acest efect a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele de la René Hauy și Antoine César Becquerel, care au postulat o relație între stresul mecanic și sarcina electrică, deși experimentele lor s-au dovedit neconcludente.

Vederea unui cristal piezo în compensatorul Curie de la Muzeul Hunterian din Scoția este o demonstrație a efectului piezoelectric direct de către frații Pierre și Jacques Curie. Combinarea cunoștințelor lor despre piroelectricitate cu o înțelegere a structurilor cristaline subiacente a dat naștere predicției piroelectricității și a capacității de a prezice comportamentul cristalului. Acest lucru a fost demonstrat de efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. Tartratul de sodiu, potasiu tetrahidrat și cuarțul din sarea Rochelle au prezentat piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric generează o tensiune atunci când este deformat, deși acest lucru este foarte exagerat în demonstrația lui Curies.

Predicția efectului invers piezoelectric și deducția sa matematică din principiile termodinamice fundamentale a fost făcută de Gabriel Lippmann în 1881. Curies au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a electro-elasto-ului. deformatii mecanice in cristale piezoelectrice. Timp de zeci de ani, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator până când a devenit un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie, care au folosit-o pentru a explora și defini structurile cristaline care prezentau piezoelectricitate. Acest lucru a culminat cu publicarea lui Woldemar Voigt Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics), care a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice folosind analiza tensorială.

Această aplicare practică a traductoarelor piezoelectrice a condus la dezvoltarea sonarului în timpul Primului Război Mondial. În Franța, Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete. Detectorul a constat dintr-un traductor format din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel și un hidrofon pentru a detecta ecoul returnat după emiterea unui impuls de înaltă frecvență de la traductor. Măsurând timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care răsună de pe un obiect, ei au putut calcula distanța obiectului. Au folosit piezoelectricitatea pentru a face acest sonar un succes, iar proiectul a creat o dezvoltare intensă și un interes pentru dispozitivele piezoelectrice.

Rene Hauy și Antoine Cesar Becquerel

Piezoelectricitatea este un fenomen electromecanic care apare atunci când anumite materiale solide, cum ar fi cristalele, ceramica și materia biologică precum osul și ADN-ul, acumulează sarcină electrică ca răspuns la stresul mecanic aplicat. Piezoelectricitatea este derivată din cuvântul grecesc „piezein”, care înseamnă „strânge sau apăsă”, și „elektron”, care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Efectul piezoelectric rezultă dintr-o interacțiune electromecanică liniară între stările mecanice și electrice în materiale cristaline cu simetrie inversă. Acest efect este reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă efectul piezoelectric prezintă, de asemenea, efectul piezoelectric invers, sau generarea internă a efortului mecanic rezultat dintr-un câmp electric aplicat. De exemplu, cristalele de titanat de zirconat de plumb generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, cristalele își pot schimba dimensiunea statică atunci când se aplică un câmp electric extern, rezultând efectul piezoelectric invers și producerea de unde ultrasunete.

Fizicienii francezi Pierre și Jacques Curie au descoperit efectul piezoelectric în 1880. Acest efect a fost exploatat pentru o varietate de aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de electricitate de înaltă tensiune, generatoare de ceas și dispozitive electronice. cum ar fi microbalanțele, duzele cu ultrasunete și ansamblurile optice de focalizare ultrafine. De asemenea, formează baza microscoapelor cu sondă de scanare, care pot rezolva imagini la o scară de atomi. Piezoelectricitatea este, de asemenea, folosită în pickup-uri pentru chitarele amplificate electronic și declanșatoarele pentru tobe electronice moderne.

Efectul piezoelectric a fost studiat pentru prima dată de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele de la Rene Hauy și Antoine Cesar Becquerel, care au postulat o relație între stresul mecanic și sarcina electrică. Cu toate acestea, experimentele s-au dovedit neconcludente. Combinat cu cunoștințele despre piroelectricitate și înțelegerea structurilor cristaline subiacente, acest lucru a dat naștere predicției piroelectricității și a capacității de a prezice comportamentul cristalului. Acest lucru a fost demonstrat în efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. Tartratul de sodiu, potasiu tetrahidrat și cuarțul au prezentat, de asemenea, piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric a fost folosit pentru a genera o tensiune atunci când a fost deformat. Acest efect a fost foarte exagerat în demonstrația soților Curie la Muzeul Scoției, care a arătat efectul piezoelectric direct.

Frații Pierre și Jacques Curie au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a deformațiilor electro-elasto-mecanice din cristalele piezoelectrice. Timp de zeci de ani, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator, până când a devenit un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie. Această lucrare a explorat și definit structurile cristaline care au prezentat piezoelectricitate, culminând cu publicarea Lehrbuch der Kristallphysik (Manualul de fizică cristalelor) a lui Woldemar Voigt.

Curies au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să deducă matematic principiile termodinamice fundamentale ale efectului invers. Acest lucru a fost făcut de Gabriel Lippmann în 1881. Piezoelectricitatea a fost folosită apoi pentru a dezvolta sonarul în timpul Primului Război Mondial. În Franța, Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete. Acest detector a constat dintr-un traductor realizat din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel și un hidrofon pentru a detecta ecoul returnat. Emițând un impuls de înaltă frecvență de la traductor și măsurând timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care răsună de pe un obiect, aceștia ar putea calcula distanța până la obiect.

Utilizarea cristalelor piezoelectrice a fost dezvoltată în continuare de Bell Telephone Laboratories după cel de-al Doilea Război Mondial. Frederick R. Lack, care lucrează în departamentul de inginerie de radiotelefonie, a dezvoltat un cristal tăiat care ar putea funcționa într-o gamă largă de temperaturi. Cristalul lui Lack nu a avut nevoie de accesoriile grele ale cristalelor anterioare, facilitând utilizarea lui în aeronave. Această dezvoltare a permis forțelor aeriene aliate să se angajeze în atacuri în masă coordonate, folosind radioul aviației. Dezvoltarea dispozitivelor și materialelor piezoelectrice în Statele Unite a menținut companiile în dezvoltarea începuturilor de război în domeniu, precum și interesele de a obține brevete profitabile pentru noile materiale dezvoltate. Cristalele de cuarț au fost exploatate comercial ca material piezoelectric, iar oamenii de știință au căutat materiale mai performante. În ciuda progreselor în materie de materiale și de maturare a proceselor de fabricație, Statele Unite

Gabriel Lippmann

Piezoelectricitatea este un fenomen electromecanic în care sarcina electrică se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Este rezultatul unei interacțiuni între stările mecanice și electrice din materialele cu simetrie inversă. Piezoelectricitatea a fost descoperită pentru prima dată de fizicienii francezi Pierre și Jacques Curie în 1880.

Piezoelectricitatea a fost exploatată pentru o varietate de aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală și generarea de electricitate de înaltă tensiune. Piezoelectricitatea este derivată din cuvintele grecești πιέζειν (piezein) care înseamnă „strânge sau apăsați” și ἤλεκτρον (ēlektron) care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Efectul piezoelectric este reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă piezoelectricitate prezintă și efectul piezoelectric invers, în care generarea internă a deformarii mecanice rezultă din aplicarea unui câmp electric. De exemplu, cristalele de titanat de zirconat de plumb generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, cristalele își pot schimba dimensiunea statică atunci când se aplică un câmp electric extern, proces cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers. Acest proces poate fi folosit pentru a produce unde ultrasunete.

Efectul piezoelectric a fost studiat încă de la mijlocul secolului al XVIII-lea, când Carl Linnaeus și Franz Aepinus, bazându-se pe cunoștințele lui René Hauy și Antoine César Becquerel, au postulat o relație între stresul mecanic și sarcina electrică. Cu toate acestea, experimentele s-au dovedit neconcludente. Abia când cunoștințele combinate despre piroelectricitate și înțelegerea structurilor cristaline subiacente au dat naștere la predicția piroelectricității, cercetătorii au reușit să prezică comportamentul cristalului. Acest lucru a fost demonstrat de efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle.

Gabriel Lippmann, în 1881, a dedus matematic principiile termodinamice fundamentale ale efectului piezoelectric invers. Curies au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a deformărilor electro-elasto-mecanice în cristalele piezoelectrice.

Timp de zeci de ani, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator până când a devenit un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre și Marie Curie. Munca lor de explorare și definire a structurilor cristaline care au prezentat piezoelectricitate a culminat cu publicarea Lehrbuch der Kristallphysik (Manual de fizică cristalelor) a lui Woldemar Voigt. Aceasta a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice cu analiza tensorală.

Aplicarea practică a dispozitivelor piezoelectrice a început odată cu dezvoltarea sonarului în timpul Primului Război Mondial. Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete. Acest detector a constat dintr-un traductor realizat din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel și un hidrofon pentru a detecta ecoul returnat. Emițând un impuls de înaltă frecvență de la traductor și măsurând timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care răsună de pe un obiect, aceștia au putut calcula distanța până la obiect. Această utilizare a piezoelectricității pentru sonar a fost un succes, iar proiectul a creat un interes intens pentru dezvoltarea dispozitivelor piezoelectrice. De-a lungul deceniilor, au fost explorate și dezvoltate noi materiale piezoelectrice și noi aplicații pentru aceste materiale. Dispozitivele piezoelectrice au găsit case într-o varietate de domenii, de la cartușe de fonograf ceramice care au simplificat proiectarea playerului și au făcut ca aparatele de discuri ieftine și precise să fie mai ieftine de întreținut și mai ușor de construit, până la dezvoltarea traductoarelor cu ultrasunete care au permis măsurarea ușoară a vâscozității și elasticității fluidelor. și solide, ducând la progrese uriașe în cercetarea materialelor. Reflectometrele cu ultrasunete din domeniul timpului trimit un impuls ultrasonic într-un material și măsoară reflexiile și discontinuitățile pentru a găsi defecte în interiorul obiectelor din metal turnat și piatră, îmbunătățind siguranța structurală.

După cel de-al Doilea Război Mondial, grupuri independente de cercetare din Statele Unite, Rusia și Japonia au descoperit o nouă clasă de materiale sintetice numite feroelectrice, care prezentau constante piezoelectrice de până la zece ori mai mari decât materialele naturale. Acest lucru a condus la cercetări intense pentru a dezvolta titanat de bariu și mai târziu titanat de zirconat de plumb, materiale cu proprietăți specifice pentru anumite aplicații. A fost dezvoltat un exemplu semnificativ de utilizare a cristalelor piezoelectrice

Woldemar Voigt

Piezoelectricitatea este un fenomen electromecanic în care sarcina electrică se acumulează în anumite materiale solide, cum ar fi cristale, ceramică și materie biologică precum oasele și ADN-ul. Această sarcină este generată ca răspuns la o solicitare mecanică aplicată. Cuvântul piezoelectricitate este derivat din cuvântul grecesc „piezein”, care înseamnă „a strânge sau a apăsa”, și „elektron”, care înseamnă „chihlimbar”, o sursă străveche de sarcină electrică.

Efectul piezoelectric rezultă dintr-o interacțiune electromecanică liniară între stările mecanice și electrice ale materialelor cristaline cu simetrie inversă. Acest efect este reversibil, ceea ce înseamnă că materialele care prezintă piezoelectricitate prezintă și un efect piezoelectric invers, în care generarea internă a deformarii mecanice rezultă dintr-un câmp electric aplicat. De exemplu, cristalele de titanat de zirconat de plumb generează piezoelectricitate măsurabilă atunci când structura lor statică este deformată față de dimensiunea sa originală. În schimb, cristalele își pot schimba dimensiunea statică atunci când se aplică un câmp electric extern, fenomen cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers, care este utilizat în producerea undelor cu ultrasunete.

Fizicienii francezi Pierre și Jacques Curie au descoperit piezoelectricitatea în 1880. Efectul piezoelectric a fost exploatat de atunci pentru o varietate de aplicații utile, inclusiv producerea și detectarea sunetului, imprimarea piezoelectrică cu jet de cerneală, generarea de electricitate de înaltă tensiune, generatoare de ceas și dispozitive electronice. cum ar fi microbalanțele și antrenarea duzelor cu ultrasunete pentru focalizarea ultrafină a ansamblurilor optice. De asemenea, formează baza microscoapelor cu sondă de scanare, care pot rezolva imagini la scara atomilor. În plus, pickup-urile chitarelor amplificate electronic și declanșatoarele din tobele electronice moderne folosesc efectul piezoelectric.

Piezoelectricitatea găsește, de asemenea, utilizări de zi cu zi în generarea de scântei pentru a aprinde gazul în dispozitivele de gătit și încălzire, în torțe, brichete și multe altele. Efectul piroelectric, în care un material generează un potențial electric ca răspuns la o schimbare de temperatură, a fost studiat de Carl Linnaeus și Franz Aepinus la mijlocul secolului al XVIII-lea, bazându-se pe cunoștințele de la Rene Hauy și Antoine Cesar Becquerel, care au postulat o relație între mecanismele mecanice. stres și sarcină electrică. Experimentele pentru a demonstra această relație s-au dovedit neconcludente.

Vederea unui cristal piezo în compensatorul Curie de la Muzeul Hunterian din Scoția este o demonstrație a efectului piezoelectric direct de către frații Pierre și Jacques Curie. Combinarea cunoștințelor lor despre piroelectricitate cu o înțelegere a structurilor cristaline subiacente a dat naștere la predicția piroelectricității, ceea ce le-a permis să prezică comportamentul cristalului pe care l-au demonstrat în efectul cristalelor precum turmalina, cuarțul, topazul, zahărul din trestie și sarea Rochelle. . Tartratul de sodiu și potasiu tetrahidrat și cuarțul au prezentat, de asemenea, piezoelectricitate, iar un disc piezoelectric a fost folosit pentru a genera o tensiune atunci când a fost deformat. Această schimbare a formei a fost foarte exagerată în demonstrația lui Curie, iar ei au continuat să prezică efectul piezoelectric invers. Efectul invers a fost dedus matematic din principiile termodinamice fundamentale de Gabriel Lippmann în 1881.

Curies au confirmat imediat existența efectului invers și au continuat să obțină dovezi cantitative ale reversibilității complete a deformărilor electro-elasto-mecanice în cristalele piezoelectrice. În deceniile care au urmat, piezoelectricitatea a rămas o curiozitate de laborator, până când a devenit un instrument vital în descoperirea poloniului și a radiului de către Pierre Marie Curie, care a folosit-o pentru a explora și defini structurile cristaline care prezentau piezoelectricitate. Acest lucru a culminat cu publicarea lui Woldemar Voigt Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics), care a descris clasele de cristale naturale capabile de piezoelectricitate și a definit riguros constantele piezoelectrice folosind analiza tensorială.

Acest lucru a condus la aplicarea practică a dispozitivelor piezoelectrice, cum ar fi sonarul, care a fost dezvoltat în timpul Primului Război Mondial. În Franța, Paul Langevin și colegii săi au dezvoltat un detector submarin cu ultrasunete. Acest detector a constat dintr-un traductor realizat din cristale subțiri de cuarț lipite cu grijă pe plăci de oțel și un hidrofon pentru a detecta ecoul returnat după emiterea unui impuls de înaltă frecvență de la traductor. Măsurând timpul necesar pentru a auzi ecoul undelor sonore care sară de pe un obiect, ei ar putea calcula distanța până la obiect. Au folosit piezoelectricitatea pentru a face acest sonar un succes, iar proiectul a creat o dezvoltare și un interes intens pentru.

Relații importante

Actuatoare piezoelectrice: actuatoarele piezoelectrice sunt dispozitive care convertesc energia electrică în mișcare mecanică. Ele sunt utilizate în mod obișnuit în robotică, dispozitive medicale și alte aplicații în care este necesar un control precis al mișcării.
Senzori piezoelectrici: Senzorii piezoelectrici sunt utilizați pentru a măsura parametri fizici precum presiunea, accelerația și vibrația. Ele sunt adesea folosite în aplicații industriale și medicale, precum și în electronice de larg consum.
Piezoelectricitatea în natură: Piezoelectricitatea este un fenomen care apare în mod natural în anumite materiale și se găsește în multe organisme vii. Este folosit de unele organisme pentru a-și simți mediul și pentru a comunica cu alte organisme.

Concluzie

Piezoelectricitatea este un fenomen uimitor care a fost folosit într-o varietate de aplicații, de la sonar la cartușe de fonograf. A fost studiat de la mijlocul anilor 1800 și a fost folosit cu mare efect în dezvoltarea tehnologiei moderne. Această postare pe blog a explorat istoria și utilizările piezoelectricității și a evidențiat importanța acestui fenomen în dezvoltarea tehnologiei moderne. Pentru cei interesați să afle mai multe despre piezoelectricitate, această postare este un punct de plecare excelent.

Sunt Joost Nusselder, fondatorul Neaera și marketer de conținut, tată și îmi place să încerc echipamente noi cu chitara în centrul pasiunii mele și, împreună cu echipa mea, creez articole de blog aprofundate din 2020. pentru a ajuta cititorii fideli cu sfaturi de înregistrare și chitară.

Verifică-mă pe Youtube unde încerc toate aceste echipamente:

Mă abonez