Piezoelektrina je schopnosť určitých materiálov generovať elektrinu, keď sú vystavené mechanickému namáhaniu a naopak. Slovo pochádza z gréckeho piezo, čo znamená tlak a elektrina. Prvýkrát bol objavený v roku 1880, no koncept je známy už dlho.
Najznámejším príkladom piezoelektriky je kremeň, ale tento jav vykazuje aj mnoho iných materiálov. Najbežnejším využitím piezoelektriky je výroba ultrazvuku.
V tomto článku rozoberiem, čo je piezoelektrina, ako funguje a niektoré z mnohých praktických aplikácií tohto úžasného javu.
Čo je piezoelektrina?
Piezoelektrina je schopnosť určitých materiálov generovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Ide o lineárnu elektromechanickú interakciu medzi mechanickými a elektrickými stavmi v kryštalických materiáloch s inverznou symetriou. Piezoelektrické materiály možno použiť na výrobu elektriny vysokého napätia, generátory hodín, elektronické zariadenia, mikrováhy, poháňanie ultrazvukových dýz a optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním.
Piezoelektrické materiály zahŕňajú kryštály, určitú keramiku, biologickú hmotu ako kosť a DNA a proteíny. Keď na piezoelektrický materiál pôsobí sila, vytvára elektrický náboj. Tento náboj sa potom môže použiť na napájanie zariadení alebo vytvorenie napätia.
Piezoelektrické materiály sa používajú v rôznych aplikáciách, vrátane:
• Produkcia a detekcia zvuku
• Piezoelektrická atramentová tlač
• Výroba elektrickej energie vysokého napätia
• Generátory hodín
• Elektronické zariadenia
• Mikrováhy
• Poháňajte ultrazvukové trysky
• Ultrajemné zaostrovacie optické zostavy
• snímače pre elektronicky zosilnené gitary
• Triggery pre moderné elektronické bicie
• Produkcia iskier na zapálenie plynu
• Zariadenia na varenie a ohrev
• Baterky a zapaľovače cigariet.
Aká je história piezoelektriky?
Piezoelektrinu objavili v roku 1880 francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie. Je to elektrický náboj, ktorý sa hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Slovo „piezoelektrina“ je odvodené z gréckeho slova „piezein“, čo znamená „stlačiť“ alebo „stlačiť“, a „elektron“, čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrický efekt je výsledkom lineárnej elektromechanickej interakcie medzi mechanickými a elektrickými stavmi kryštalických materiálov s inverznou symetriou. Je to reverzibilný proces, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektriku tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa.
Kombinované znalosti o pyroelektrike a pochopenie základných kryštálových štruktúr viedli Curies k predpovedi pyroelektriky a schopnosti predpovedať správanie kryštálov. Preukázalo sa to na účinku kryštálov ako turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ.
Curies okamžite potvrdil existenciu opačného efektu a pokračoval v získaní kvantitatívneho dôkazu o úplnej reverzibilite elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch. V priebehu desaťročí zostala piezoelektrina laboratórnou kuriozitou, až kým sa nestala životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie.
Piezoelektrina sa využíva v mnohých užitočných aplikáciách vrátane výroby a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, generátorov hodín a elektronických zariadení, mikrováh, poháňacích ultrazvukových trysiek, ultrajemného zaostrovania optických zostáv a foriem základ skenovacích sondových mikroskopov na rozlíšenie obrazov v mierke atómov.
Piezoelektrina tiež nachádza každodenné využitie, ako je vytváranie iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, baterkách, zapaľovačoch cigariet a pyroelektrický efekt, kde materiál generuje elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty.
Vývoj sonaru počas prvej svetovej vojny videl použitie piezoelektrických kryštálov vyvinutých Bell Telephone Laboratories. To umožnilo spojeneckým vzdušným silám zapojiť sa do koordinovaných hromadných útokov pomocou leteckého rádia. Vývoj piezoelektrických zariadení a materiálov v USA udržal firmy vo vývoji vojnových začiatkov v oblasti záujmov, zabezpečoval ziskové patenty na nové materiály.
Japonsko videlo nové aplikácie a rast piezoelektrického priemyslu Spojených štátov a rýchlo vyvinulo svoje vlastné. Rýchlo zdieľali informácie a vyvinuli materiály na báze titaničitanu bárnatého a neskôr zirkoničitanu olova so špecifickými vlastnosťami pre konkrétne aplikácie.
Piezoelektrina prešla od svojho objavu v roku 1880 dlhú cestu a teraz sa používa v rôznych každodenných aplikáciách. Používa sa tiež na pokroky vo výskume materiálov, ako sú ultrazvukové reflektometre v časovej oblasti, ktoré vysielajú ultrazvukový impulz cez materiál na meranie odrazov a diskontinuít, aby sa našli chyby vo vnútri liatych kovových a kamenných predmetov, čím sa zlepšuje štrukturálna bezpečnosť.
Ako funguje piezoelektrina
V tejto časti budem skúmať, ako funguje piezoelektrina. Budem sa zaoberať akumuláciou elektrického náboja v pevných látkach, lineárnou elektromechanickou interakciou a reverzibilným procesom, ktorý tvorí tento jav. Budem tiež diskutovať o histórii piezoelektriky a jej aplikáciách.
Akumulácia elektrického náboja v pevných látkach
Piezoelektrina je elektrický náboj, ktorý sa hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako je kosť a DNA. Je reakciou na aplikované mechanické namáhanie a jeho názov pochádza z gréckych slov „piezein“ (stlačenie alebo stlačenie) a „ēlektron“ (jantár).
Piezoelektrický efekt je výsledkom lineárnej elektromechanickej interakcie medzi mechanickými a elektrickými stavmi v kryštalických materiáloch s inverznou symetriou. Je to reverzibilný proces, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektriku tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, kde vnútorné generovanie mechanického napätia je výsledkom aplikovaného elektrického poľa. Príklady materiálov, ktoré vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, zahŕňajú kryštály zirkoničitanu titaničitého.
Francúzski fyzici Pierre a Jacques Curie objavili piezoelektrinu v roku 1880. Odvtedy sa využíva na množstvo užitočných aplikácií, vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, generátorov hodín a elektronických zariadení, ako sú mikrováhy. a hnacie ultrazvukové dýzy na ultrajemné zaostrovanie optických zostáv. Tvorí tiež základ skenovacích sondových mikroskopov, ktoré dokážu rozlíšiť obrazy v mierke atómov. Piezoelektrina sa používa aj v snímačoch pre elektronicky zosilnené gitary a spúšťačoch pre moderné elektronické bicie.
Piezoelektrina nachádza každodenné využitie pri vytváraní iskier na zapálenie plynu, vo varných a vykurovacích zariadeniach, baterkách, zapaľovačoch cigariet a pyroelektrickom efekte, kde materiál generuje elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty. Toto študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia, pričom čerpali z poznatkov Reného Haüya a Antoina Césara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom. Experimenty sa ukázali ako nepresvedčivé.
Pohľad na piezokryštál v kompenzátore Curie v Hunterian Museum v Škótsku je ukážkou priameho piezoelektrického javu. Bratia Pierre a Jacques Curieovci spojili svoje znalosti o pyroelektrine s pochopením základných kryštálových štruktúr, čo viedlo k predpovedi pyroelektriky. Boli schopní predpovedať správanie kryštálov a demonštrovali účinok v kryštáloch, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a kremeň tiež vykazovali piezoelektrickú energiu. Piezoelektrický disk pri deformácii generuje napätie a zmena tvaru je v demonštrácii Curies značne prehnaná.
Dokázali predpovedať opačný piezoelektrický efekt a opačný efekt matematicky odvodil Gabriel Lippmann v roku 1881. Curies okamžite potvrdili existenciu opačného efektu a pokračovali v získavaní kvantitatívnych dôkazov úplnej reverzibilnosti elektroelasto- mechanické deformácie v piezoelektrických kryštáloch.
Piezoelektrina zostala po desaťročia laboratórnou kuriozitou, ale bola životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrinu, vyvrcholila v publikácii Lehrbuch der Kristallphysik (učebnica kryštálovej fyziky) Woldemara Voigta, ktorá opísala triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovala piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy. Toto bola praktická aplikácia piezoelektrických zariadení a sonar bol vyvinutý počas XNUMX. svetovej vojny. Vo Francúzsku Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek.
Detektor pozostával z a prevodník vyrobené z tenkých kryštálov kremeňa starostlivo nalepených na oceľové platne a hydrofón na detekciu vrátenej ozveny. Vyžarovaním vysokej frekvencia pulzom z prevodníka a meraním času potrebného na počutie ozveny zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu, dokázali vypočítať vzdialenosť k objektu. Použili piezoelektriku, aby bol sonar úspešný, a projekt vytvoril intenzívny vývoj a záujem o piezoelektrické zariadenia. V priebehu desaťročí sa skúmali a vyvíjali nové piezoelektrické materiály a nové aplikácie pre materiály a piezoelektrické zariadenia našli domovy v rôznych oblastiach. Keramické gramofónové kazety zjednodušili dizajn prehrávača a vytvorili lacné a presné gramofóny, ktoré boli lacnejšie na údržbu a ľahšie sa stavali.
Vývoj ultrazvukových meničov umožnil jednoduché meranie viskozity a elasticity tekutín a pevných látok, čo viedlo k obrovskému pokroku vo výskume materiálov.
Lineárna elektromechanická interakcia
Piezoelektrina je schopnosť určitých materiálov generovať elektrický náboj, keď sú vystavené mechanickému namáhaniu. Slovo je odvodené z gréckych slov πιέζειν (piezein), čo znamená „stlačiť alebo stlačiť“ a ἤλεκτρον (ēlektron), čo znamená „jantár“, ktorý bol starovekým zdrojom elektrického náboja.
Piezoelektrinu objavili v roku 1880 francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie. Je založená na lineárnej elektromechanickej interakcii medzi mechanickým a elektrickým stavom kryštalických materiálov s inverznou symetriou. Tento efekt je reverzibilný, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektriku tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, pričom vnútorné generovanie mechanického napätia je výsledkom aplikovaného elektrického poľa. Príklady materiálov, ktoré vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa deformujú zo svojej statickej štruktúry, zahŕňajú kryštály zirkoničitanu titaničitého. Naopak, kryštály môžu zmeniť svoj statický rozmer pri pôsobení vonkajšieho elektrického poľa, čo je známe ako inverzný piezoelektrický efekt a používa sa pri výrobe ultrazvukových vĺn.
Piezoelektrina sa využíva na rôzne užitočné aplikácie, ako napríklad:
• Produkcia a detekcia zvuku
• Piezoelektrická atramentová tlač
• Výroba elektrickej energie vysokého napätia
• Generátor hodín
• Elektronické zariadenia
• Mikrováhy
• Poháňajte ultrazvukové trysky
• Ultrajemné zaostrovacie optické zostavy
• Tvorí základ skenovacích sondových mikroskopov na rozlíšenie obrazov v mierke atómov
• Snímače v elektronicky zosilnených gitarách
• Spúšte v moderných elektronických bicích
• Vytváranie iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach
• Baterky a zapaľovače cigariet
Piezoelektrina tiež nachádza každodenné využitie v pyroelektrickom efekte, čo je materiál, ktorý generuje elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty. Toto študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia, pričom čerpali z poznatkov Reného Haüya a Antoina Césara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom. Experimenty sa však ukázali ako nepresvedčivé.
Prehliadka piezokryštálu v kompenzátore Curie v Hunterian Museum v Škótsku je ukážkou priameho piezoelektrického efektu. Bola to práca bratov Pierra a Jacquesa Curieovcov, ktorí skúmali a definovali kryštálové štruktúry, ktoré vykazovali piezoelektrinu, čo vyvrcholilo vydaním Lehrbuch der Kristallphysik (učebnica kryštálovej fyziky) od Woldemara Voigta. Toto opísalo triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovalo piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy, čo viedlo k praktickej aplikácii piezoelektrických zariadení.
Sonar bol vyvinutý počas prvej svetovej vojny, keď Francúz Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek. Tento detektor pozostával z prevodníka vyrobeného z tenkých kremenných kryštálov starostlivo prilepených k oceľovým platniam a hydrofónu na detekciu vrátenej ozveny po vyslaní vysokofrekvenčného impulzu z prevodníka. Meraním času potrebného na počutie ozveny zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu boli schopní vypočítať vzdialenosť objektu s využitím piezoelektriky. Úspech tohto projektu vytvoril v priebehu desaťročí intenzívny vývoj a záujem o piezoelektrické zariadenia, pričom sa skúmali a vyvíjali nové piezoelektrické materiály a nové aplikácie pre tieto materiály. Piezoelektrické zariadenia našli domov v mnohých oblastiach, ako napríklad keramické fonografové kazety, ktoré zjednodušili dizajn prehrávača a vytvorili lacnejšie a presnejšie gramofóny, lacnejšie a jednoduchšie na stavbu a údržbu.
Vývoj ultrazvukových meničov umožnil jednoduché meranie viskozity a elasticity tekutín a pevných látok, čo viedlo k obrovskému pokroku vo výskume materiálov. Ultrazvukové reflektometre v časovej doméne posielajú ultrazvukový impulz do materiálu a merajú odrazy a diskontinuity, aby našli chyby vo vnútri liatych kovových a kamenných predmetov, čím zlepšujú štrukturálnu bezpečnosť. Po druhej svetovej vojne nezávislé výskumné skupiny v Spojených štátoch, Rusku a Japonsku objavili novú triedu syntetických materiálov nazývaných feroelektrika, ktoré vykazovali piezoelektrické konštanty mnohonásobne vyššie ako prírodné materiály. To viedlo k intenzívnemu výskumu s cieľom vyvinúť titaničitan bárnatý a neskôr zirkoničitan titaničitan olovnatý, materiály so špecifickými vlastnosťami pre konkrétne aplikácie.
Významný príklad použitia piezoelektrických kryštálov vyvinuli Bell Telephone Laboratories po druhej svetovej vojne. Frederick R. Lack, pracujúci na oddelení rádiotelefónie,
Reverzibilný proces
Piezoelektrina je elektrický náboj, ktorý sa hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako je kosť a DNA. Je to reakcia týchto materiálov na aplikované mechanické namáhanie. Slovo „piezoelektrina“ pochádza z gréckych slov „piezein“, čo znamená „stlačiť“ alebo „stlačiť“ a „ēlektron“ znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrický efekt je výsledkom lineárnej elektromechanickej interakcie medzi mechanickými a elektrickými stavmi kryštalických materiálov s inverznou symetriou. Je to reverzibilný proces, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektriku tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Príklady materiálov, ktoré vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, zahŕňajú kryštály zirkoničitanu titaničitého. Keď sa deformuje statická štruktúra týchto kryštálov, vrátia sa do pôvodného rozmeru a naopak, pri pôsobení vonkajšieho elektrického poľa zmenia svoj statický rozmer, pričom vznikajú ultrazvukové vlny.
Francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie objavili piezoelektrinu v roku 1880. Odvtedy sa využíva na rôzne užitočné aplikácie, vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, generátorov hodín, elektronických zariadení, mikrováh, atď. hnacie ultrazvukové dýzy a optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním. Tvorí tiež základ pre skenovacie sondové mikroskopy, ktoré dokážu rozlíšiť obrazy v mierke atómov. Piezoelektrika sa používa aj v snímačoch pre elektronicky zosilnené gitary a spúšťačoch pre moderné elektronické bicie.
Piezoelektrina tiež nachádza každodenné využitie, ako je vytváranie iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, baterkách, zapaľovačoch cigariet a ďalších. Pyroelektrický efekt, pri ktorom materiál generuje elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty, študovali Carl Linné, Franz Aepinus a René Haüy v polovici 18. storočia, pričom čerpali z poznatkov o jantáre. Antoine César Becquerel navrhol vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom, ale experimenty sa ukázali ako nepresvedčivé.
Návštevníci Hunterian Museum v Glasgowe si môžu prezrieť Piezo Crystal Curie Compensator, ukážku priameho piezoelektrického efektu bratov Pierra a Jacquesa Curieovcov. Spojenie ich vedomostí o pyroelektrine s pochopením základných kryštálových štruktúr viedlo k predpovedi pyroelektriky a schopnosti predpovedať správanie kryštálov. To bolo preukázané účinkom kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodného a draselného a kremeň tiež vykazovali piezoelektrickú energiu a na vytvorenie napätia pri deformácii sa použil piezoelektrický disk. Túto zmenu tvaru veľmi prehnali Curiesovci, aby predpovedali opačný piezoelektrický efekt. Opačný efekt matematicky odvodil zo základných termodynamických princípov Gabriel Lippmann v roku 1881.
Curies okamžite potvrdil existenciu opačného efektu a pokračoval v získaní kvantitatívneho dôkazu o úplnej reverzibilite elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch. Piezoelektrina zostala po desaťročia laboratórnou kuriozitou, ale bola životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu, vyvrcholila v publikácii Lehrbuch der Kristallphysik od Woldemara Voigta (Učebnica kryštálovej fyziky). Toto opísalo triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovalo piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy.
Praktická aplikácia piezoelektrických zariadení, ako je sonar, bola vyvinutá počas XNUMX. svetovej vojny. Vo Francúzsku Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek. Tento detektor pozostával z prevodníka vyrobeného z tenkých kremenných kryštálov starostlivo nalepených na oceľové platne a hydrofónu na detekciu vrátenej ozveny. Vyslaním vysokofrekvenčného impulzu z prevodníka a meraním času potrebného na počutie ozveny zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu boli schopní vypočítať vzdialenosť objektu. Aby bol tento sonar úspešný, použili piezoelektrinu. Tento projekt vytvoril intenzívny vývoj a záujem o piezoelektrické zariadenia a v priebehu desaťročí sa skúmali a vyvíjali nové piezoelektrické materiály a nové aplikácie pre tieto materiály. Piezoelektrické zariadenia
Čo spôsobuje piezoelektrinu?
V tejto časti budem skúmať pôvod piezoelektriky a rôzne materiály, ktoré vykazujú tento jav. Pozriem sa na grécke slovo 'piezein', staroveký zdroj elektrického náboja a pyroelektrický efekt. Budem tiež diskutovať o objavoch Pierra a Jacquesa Curieho a vývoji piezoelektrických zariadení v 20. storočí.
Grécke slovo Piezein
Piezoelektrina je akumulácia elektrického náboja v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako je kosť a DNA. Je to spôsobené reakciou týchto materiálov na aplikované mechanické namáhanie. Slovo piezoelektrina pochádza z gréckeho slova „piezein“, čo znamená „stlačiť alebo stlačiť“ a „ēlektron“, čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrický efekt je výsledkom lineárnej elektromechanickej interakcie medzi mechanickými a elektrickými stavmi kryštalických materiálov s inverznou symetriou. Je to reverzibilný proces, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektriku tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Napríklad kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, kryštály môžu zmeniť svoj statický rozmer, keď sa aplikuje vonkajšie elektrické pole, čo je známe ako inverzný piezoelektrický efekt a je to produkcia ultrazvukových vĺn.
Francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie objavili piezoelektrinu v roku 1880. Piezoelektrický efekt bol využitý v mnohých užitočných aplikáciách, vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, generátorov hodín a elektronických zariadení, ako sú mikrováhy. , hnacie ultrazvukové dýzy a optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním. Tvorí tiež základ skenovacích sondových mikroskopov, ktoré dokážu rozlíšiť obrazy v mierke atómov. Piezoelektrika sa používa aj v snímačoch pre elektronicky zosilnené gitary a spúšťačoch pre moderné elektronické bicie.
Piezoelektrina nachádza každodenné využitie, ako je vytváranie iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, baterkách, zapaľovačoch cigariet a ďalších. Pyroelektrický efekt, ktorým je generovanie elektrického potenciálu v reakcii na zmenu teploty, študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. mechanické namáhanie a elektrický náboj. Experimenty sa ukázali ako nepresvedčivé.
V múzeu v Škótsku si môžu návštevníci prezrieť piezokryštálový Curieov kompenzátor, demonštráciu priameho piezoelektrického efektu bratov Pierra a Jacquesa Curieovcov. Spojenie ich vedomostí o pyroelektrine s pochopením základných kryštálových štruktúr viedlo k predpovedi pyroelektriky a schopnosti predpovedať správanie kryštálov. To bolo preukázané účinkom kryštálov ako turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a kremeň z Rochellovej soli vykazovali piezoelektrickú energiu a piezoelektrický disk generuje pri deformácii napätie. Táto zmena tvaru je v demonštrácii Curieovcov značne prehnaná.
Curies pokračoval v získaní kvantitatívneho dôkazu o úplnej reverzibilite elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch. Po desaťročia zostala piezoelektrina laboratórnou kuriozitou, až kým sa nestala životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu, vyvrcholila v publikácii Lehrbuch der Kristallphysik od Woldemara Voigta (Učebnica kryštálovej fyziky). Toto opísalo triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovalo piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy.
Táto praktická aplikácia piezoelektriky viedla k vývoju sonaru počas XNUMX. svetovej vojny. Vo Francúzsku Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek. Detektor pozostával z prevodníka vyrobeného z tenkých kremenných kryštálov starostlivo nalepených na oceľové platne, nazývaného hydrofón, na detekciu vrátenej ozveny po vyžarovaní vysokofrekvenčného impulzu. Prevodník meral čas potrebný na to, aby počul ozvenu zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu, aby vypočítal vzdialenosť objektu. Použitie piezoelektriky v sonare bolo úspešné a projekt vytvoril intenzívny vývoj a záujem o piezoelektrické zariadenia po celé desaťročia.
Boli preskúmané a vyvinuté nové piezoelektrické materiály a nové aplikácie pre tieto materiály a piezoelektrické zariadenia našli domov v mnohých oblastiach, ako napríklad keramické fonografové kazety, ktoré zjednodušili dizajn prehrávača a vytvorili lacnejšie, presnejšie gramofóny, ktoré boli lacnejšie na údržbu a jednoduchšie. postaviť. Vývoj
Staroveký zdroj elektrického náboja
Piezoelektrina je elektrický náboj, ktorý sa hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako je kosť a DNA. Je to spôsobené reakciou materiálu na aplikované mechanické namáhanie. Slovo „piezoelektrina“ pochádza z gréckeho slova „piezein“, čo znamená „stlačiť alebo stlačiť“, a slova „elektron“, čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrický efekt je výsledkom lineárnej elektromechanickej interakcie medzi mechanickými a elektrickými stavmi kryštalických materiálov s inverznou symetriou. Je to reverzibilný proces, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektriku tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Napríklad kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, keď je aplikované vonkajšie elektrické pole, kryštály menia svoj statický rozmer inverzným piezoelektrickým efektom a vytvárajú ultrazvukové vlny.
Piezoelektrický jav objavili v roku 1880 francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie. Využíva sa na rôzne užitočné aplikácie vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, generátorov hodín a elektronických zariadení, ako sú mikrováhy a poháňacie ultrazvukové dýzy na ultrajemné zaostrovanie optických zostáv. Tvorí tiež základ pre skenovacie sondové mikroskopy, ktoré sa používajú na rozlíšenie obrazov v mierke atómov. Piezoelektrika sa používa aj v snímačoch pre elektronicky zosilnené gitary a spúšťačoch pre moderné elektronické bicie.
Piezoelektrina nachádza každodenné využitie pri vytváraní iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, baterkách, zapaľovačoch cigariet a ďalších. Pyroelektrický efekt, čo je produkcia elektrického potenciálu v reakcii na zmenu teploty, študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia, pričom čerpali z poznatkov Reného Haüya a Antoina Césara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickými stres a elektrický náboj. Ich experimenty sa však ukázali ako nepresvedčivé.
Pohľad na piezokryštál a Curieov kompenzátor v Hunterian Museum v Škótsku demonštruje priamy piezoelektrický efekt. Bola to práca bratov Pierra a Jacquesa Curieovcov, ktorí skúmali a definovali kryštálové štruktúry, ktoré vykazovali piezoelektrinu, čo vyvrcholilo vydaním Lehrbuch der Kristallphysik (učebnica kryštálovej fyziky) od Woldemara Voigta. Toto opísalo triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovalo piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy, čo umožnilo praktickú aplikáciu piezoelektrických zariadení.
Sonar vyvinul počas XNUMX. svetovej vojny Francúz Paul Langevin a jeho spolupracovníci, ktorí vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek. Detektor pozostával z prevodníka vyrobeného z tenkých kremenných kryštálov starostlivo nalepených na oceľové platne a hydrofónu na detekciu vrátenej ozveny. Vyslaním vysokofrekvenčného impulzu z prevodníka a meraním času potrebného na počutie ozveny zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu boli schopní vypočítať vzdialenosť k objektu. Aby bol tento sonar úspešný, použili piezoelektrinu. Projekt vytvoril intenzívny vývoj a záujem o piezoelektrické zariadenia po celé desaťročia.
Pyroelektrina
Piezoelektrina je schopnosť určitých materiálov akumulovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Ide o lineárnu elektromechanickú interakciu medzi mechanickým a elektrickým stavom kryštalických materiálov s inverznou symetriou. Slovo „piezoelektrina“ je odvodené z gréckeho slova „piezein“, čo znamená „stlačiť alebo stlačiť“, a gréckeho slova „ēlektron“, čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrický efekt objavili francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie v roku 1880. Ide o reverzibilný proces, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektrický efekt vykazujú aj reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Príklady materiálov, ktoré vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, zahŕňajú kryštály zirkoničitanu titaničitého. Keď sa statická konštrukcia deformuje, vráti sa do pôvodného rozmeru. Naopak, keď sa aplikuje vonkajšie elektrické pole, vzniká inverzný piezoelektrický efekt, čo vedie k produkcii ultrazvukových vĺn.
Piezoelektrický efekt sa využíva v mnohých užitočných aplikáciách vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, generátorov hodín a elektronických zariadení, ako sú mikrováhy, hnacie ultrazvukové dýzy a optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním. Je tiež základom pre skenovacie sondové mikroskopy, ktoré sa používajú na rozlíšenie obrazov v mierke atómov. Piezoelektrina sa používa aj v snímačoch pre elektronicky zosilnené gitary a spúšťačoch pre moderné elektronické bicie.
Piezoelektrina nachádza každodenné využitie, ako je vytváranie iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, baterkách, zapaľovačoch cigariet a ďalších. Pyroelektrický efekt, čo je produkcia elektrického potenciálu v reakcii na zmenu teploty, študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia na základe poznatkov Reného Haüya a Antoina Césara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom. Experimenty sa však ukázali ako nepresvedčivé.
Pohľad na piezokryštál v múzeu Curie Compensator Museum v Škótsku je ukážkou priameho piezoelektrického efektu. Bratia Pierre a Jacques Curieovci skombinovali svoje znalosti o pyroelektrine a pochopenie základných kryštálových štruktúr, aby viedli k pochopeniu pyroelektriky a predpovedali správanie kryštálov. Preukázalo sa to na účinku kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Zistilo sa, že tetrahydrát vínanu sodnodraselného a kremeň vykazujú piezoelektrickú energiu a na vytvorenie napätia pri deformácii sa použil piezoelektrický disk. Toto veľmi prehnali Curiesovci, aby predpovedali opačný piezoelektrický efekt. Opačný efekt bol matematicky odvodený základnými termodynamickými princípmi Gabrielom Lippmannom v roku 1881.
Curies okamžite potvrdil existenciu opačného efektu a pokračoval v získaní kvantitatívneho dôkazu o úplnej reverzibilite elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch. V nasledujúcich desaťročiach zostala piezoelektrina laboratórnou kuriozitou, až kým sa nestala životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu, vyvrcholila v publikácii Lehrbuch der Kristallphysik od Woldemara Voigta (Učebnica kryštálovej fyziky).
Vývoj sonaru bol úspešný a projekt vytvoril intenzívny vývoj a záujem o piezoelektrické zariadenia. V nasledujúcich desaťročiach sa skúmali a vyvíjali nové piezoelektrické materiály a nové aplikácie pre tieto materiály. Piezoelektrické zariadenia našli domov v mnohých oblastiach, ako napríklad keramické fonografové kazety, ktoré zjednodušili dizajn prehrávača a vytvorili lacnejšie, presnejšie gramofóny, ktoré boli lacnejšie na údržbu a ľahšie sa stavali. Vývoj ultrazvukových meničov umožnil ľahké meranie viskozity a elasticity tekutín a pevných látok, čo viedlo k obrovskému pokroku vo výskume materiálov. Ultrazvukové reflektometre v časovej doméne posielajú ultrazvukový impulz do materiálu a merajú odrazy a diskontinuity, aby našli chyby vo vnútri liatych kovových a kamenných predmetov, čím zlepšujú štrukturálnu bezpečnosť.
Po druhej svetovej vojne nezávislé výskumné skupiny v Spojených štátoch, Rusku a Japonsku objavili novú triedu syntetických materiálov nazývanú feroelektrika, ktoré vykazovali piezoelektrické konštanty
Piezoelektrické materiály
V tejto časti budem diskutovať o materiáloch, ktoré vykazujú piezoelektrický efekt, čo je schopnosť určitých materiálov akumulovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Pozriem sa na kryštály, keramiku, biologickú hmotu, kosť, DNA a proteíny a ako všetky reagujú na piezoelektrický efekt.
kryštály
Piezoelektrina je schopnosť určitých materiálov akumulovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Slovo piezoelektrina je odvodené z gréckych slov πιέζειν (piezein), čo znamená „stlačiť“ alebo „stlačiť“ a ἤλεκτρον (ēlektron), čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja. Piezoelektrické materiály zahŕňajú kryštály, keramiku, biologickú hmotu, kosť, DNA a proteíny.
Piezoelektrina je lineárna elektromechanická interakcia medzi mechanickými a elektrickými stavmi v kryštalických materiáloch s inverznou symetriou. Tento efekt je reverzibilný, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektriku tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Príklady materiálov, ktoré generujú merateľnú piezoelektrickú energiu, zahŕňajú kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého, ktoré sa môžu deformovať na svoj pôvodný rozmer alebo naopak zmeniť svoj statický rozmer pri pôsobení vonkajšieho elektrického poľa. Toto je známe ako inverzný piezoelektrický efekt a používa sa na vytváranie ultrazvukových vĺn.
Francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie objavili piezoelektrinu v roku 1880. Piezoelektrický efekt bol využitý pre rôzne užitočné aplikácie, vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, generátorov hodín a elektronických zariadení ako napr. ako mikrováhy, hnacie ultrazvukové dýzy a optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním. Tvorí tiež základ pre skenovacie sondové mikroskopy, ktoré sa používajú na rozlíšenie obrazov v mierke atómov. Piezoelektrické snímače sa používajú aj v elektronicky zosilnených gitarách a spúšť v moderných elektronických bicích.
Piezoelektrina nachádza každodenné využitie pri vytváraní iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, ako aj v baterkách a zapaľovačoch cigariet. Pyroelektrický efekt, čo je generovanie elektrického potenciálu v reakcii na zmenu teploty, študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia, pričom čerpali z poznatkov Reného Haüya a Antoina Césara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickými stres a elektrický náboj. Experimenty na preukázanie tejto teórie boli nepresvedčivé.
Pohľad na piezokryštál v kompenzátore Curie v Hunterian Museum v Škótsku je ukážkou priameho piezoelektrického javu. Bratia Pierre a Jacques Curieovci skombinovali svoje znalosti o pyroelektrine s porozumením základných kryštálových štruktúr, aby vznikla predpoveď pyroelektriky. Boli schopní predpovedať správanie kryštálov a demonštrovali účinok v kryštáloch, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a kremeň tiež vykazovali piezoelektrickú energiu. Piezoelektrický disk pri deformácii generuje napätie; zmena tvaru je v demonštrácii Curieovcov značne prehnaná.
Boli tiež schopní predpovedať opačný piezoelektrický efekt a matematicky odvodiť základné termodynamické princípy, ktoré za ním stoja. Gabriel Lippmann to urobil v roku 1881. Curieovci okamžite potvrdili existenciu opačného efektu a pokračovali v získavaní kvantitatívneho dôkazu úplnej reverzibility elektroelastomechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch.
Piezoelektrina zostala po desaťročia laboratórnou kuriozitou, ale bola životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrinu, vyvrcholila v publikácii Lehrbuch der Kristallphysik (učebnica kryštálovej fyziky) Woldemara Voigta, ktorá opísala triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovala piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy.
Praktická aplikácia piezoelektrických zariadení v sonaroch bola vyvinutá počas XNUMX. svetovej vojny. Vo Francúzsku Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek. Tento detektor pozostával z prevodníka vyrobeného z tenkých kremenných kryštálov starostlivo prilepených k oceľovým platniam, nazývaným hydrofón, na detekciu vrátenej ozveny po vyžarovaní vysokofrekvenčného impulzu. Meraním času potrebného na počutie ozveny zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu boli schopní vypočítať vzdialenosť k objektu. Toto použitie piezoelektriky v sonaroch bolo úspešné a projekt vytvoril v priebehu desaťročí intenzívny vývoj a záujem o piezoelektrické zariadenia.
Keramika
Piezoelektrické materiály sú pevné látky, ktoré akumulujú elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Piezoelektrina je odvodená z gréckych slov πιέζειν (piezein), čo znamená „stlačiť“ alebo „stlačiť“ a ἤλεκτρον (ēlektron), čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja. Piezoelektrické materiály sa používajú v rôznych aplikáciách, vrátane výroby a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače a výroby elektriny vysokého napätia.
Piezoelektrické materiály sa nachádzajú v kryštáloch, keramike, biologickej hmote, kostiach, DNA a proteínoch. Keramika je najbežnejším piezoelektrickým materiálom používaným v každodenných aplikáciách. Keramika je vyrobená z kombinácie oxidov kovov, ako je zirkoničitan titaničitan olovnatý (PZT), ktoré sa zahrievajú na vysoké teploty, aby vytvorili pevnú látku. Keramika je vysoko odolná a odolá extrémnym teplotám a tlakom.
Piezoelektrická keramika má rôzne použitia, vrátane:
• Vytváranie iskier na zapálenie plynu pre zariadenia na varenie a ohrievanie, ako sú baterky a zapaľovače cigariet.
• Generovanie ultrazvukových vĺn pre lekárske zobrazovanie.
• Výroba vysokonapäťovej elektriny pre generátory hodín a elektronické zariadenia.
• Generovanie mikrováh na použitie pri presnom vážení.
• Hnacie ultrazvukové trysky pre ultrajemné zaostrovanie optických zostáv.
• Vytváranie základu pre skenovacie sondové mikroskopy, ktoré dokážu rozlíšiť obrazy na stupnici atómov.
• Snímače pre elektronicky zosilnené gitary a spúšte pre moderné elektronické bicie.
Piezoelektrická keramika sa používa v širokej škále aplikácií, od spotrebnej elektroniky až po lekárske zobrazovanie. Sú vysoko odolné a odolávajú extrémnym teplotám a tlakom, vďaka čomu sú ideálne na použitie v rôznych priemyselných odvetviach.
Biologická hmota
Piezoelektrina je schopnosť určitých materiálov akumulovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Je odvodené z gréckeho slova „piezein“, čo znamená „stlačiť alebo stlačiť“, a „ēlektron“, čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Biologická hmota, ako je kosť, DNA a proteíny, patria medzi materiály, ktoré vykazujú piezoelektrickú energiu. Tento efekt je reverzibilný, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektriku tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Príklady týchto materiálov zahŕňajú kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého, ktoré generujú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, keď sa aplikuje vonkajšie elektrické pole, kryštály zmenia svoj statický rozmer a vytvárajú ultrazvukové vlny prostredníctvom inverzného piezoelektrického efektu.
Objav piezoelektriky urobili francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie v roku 1880. Odvtedy sa využíva na rôzne užitočné aplikácie, ako napríklad:
• Produkcia a detekcia zvuku
• Piezoelektrická atramentová tlač
• Výroba elektrickej energie vysokého napätia
• Generátor hodín
• Elektronické zariadenia
• Mikrováhy
• Poháňajte ultrazvukové trysky
• Ultrajemné zaostrovacie optické zostavy
• Tvorí základ rastrovacích sondových mikroskopov
• Rozlíšiť obrázky v mierke atómov
• Snímače v elektronicky zosilnených gitarách
• Spúšte v moderných elektronických bicích
Piezoelektrina sa používa aj v každodenných predmetoch, ako sú plynové varné a vykurovacie zariadenia, baterky, zapaľovače cigariet a ďalšie. Pyroelektrický efekt, čo je produkcia elektrického potenciálu v reakcii na zmenu teploty, študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia. Na základe poznatkov Reného Haüya a Antoina Césara Becquerela navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom, ale ich experimenty sa ukázali ako nepresvedčivé.
Pohľad na piezokryštál v Curie Compensator v Hunterian Museum v Škótsku je ukážkou priameho piezoelektrického efektu. Bratia Pierre a Jacques Curieovci spojili svoje znalosti o pyroelektrine a pochopenie základných kryštálových štruktúr, aby dali podnet k predpovedi pyroelektriky a predpovedali správanie kryštálov. To bolo preukázané účinkom kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodného a draselného a kremeň tiež vykazovali piezoelektrickú energiu a na vytvorenie napätia pri deformácii sa použil piezoelektrický disk. Tento efekt značne zveličili Curiesovci, aby predpovedali opačný piezoelektrický efekt. Opačný efekt matematicky odvodil zo základných termodynamických princípov Gabriel Lippmann v roku 1881.
Curies okamžite potvrdil existenciu opačného efektu a pokračoval v získaní kvantitatívneho dôkazu o úplnej reverzibilite elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch. Po desaťročia zostala piezoelektrina laboratórnou kuriozitou, až kým sa nestala životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu, vyvrcholila v publikácii Woldemara Voigta „Lehrbuch der Kristallphysik“ (učebnica kryštálovej fyziky).
kosť
Piezoelektrina je schopnosť určitých materiálov akumulovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Kosť je jedným takým materiálom, ktorý vykazuje tento jav.
Kosť je typ biologickej hmoty, ktorá sa skladá z bielkovín a minerálov vrátane kolagénu, vápnika a fosforu. Je to najviac piezoelektrický zo všetkých biologických materiálov a je schopný generovať napätie, keď je vystavený mechanickému namáhaniu.
Piezoelektrický efekt v kosti je výsledkom jej jedinečnej štruktúry. Skladá sa zo siete kolagénových vlákien, ktoré sú vložené do matrice minerálov. Keď je kosť vystavená mechanickému namáhaniu, kolagénové vlákna sa pohybujú, čo spôsobuje, že minerály sa polarizujú a vytvárajú elektrický náboj.
Piezoelektrický efekt v kosti má množstvo praktických aplikácií. Používa sa v lekárskom zobrazovaní, ako je ultrazvukové a röntgenové zobrazovanie, na detekciu zlomenín kostí a iných abnormalít. Používa sa aj v načúvacích prístrojoch na vedenie kostí, ktoré využívajú piezoelektrický efekt na premenu zvukových vĺn na elektrické signály, ktoré sa posielajú priamo do vnútorného ucha.
Piezoelektrický efekt v kosti sa využíva aj v ortopedických implantátoch, ako sú umelé kĺby a protetické končatiny. Implantáty využívajú piezoelektrický efekt na premenu mechanickej energie na elektrickú energiu, ktorá sa potom používa na napájanie zariadenia.
Okrem toho sa skúma piezoelektrický efekt v kosti na použitie pri vývoji nových liečebných postupov. Vedci napríklad skúmajú využitie piezoelektriky na stimuláciu rastu kostí a opravu poškodeného tkaniva.
Celkovo je piezoelektrický efekt v kosti fascinujúcim javom so širokým spektrom praktických aplikácií. Používa sa v rôznych medicínskych a technologických aplikáciách a skúma sa použitie pri vývoji nových liečebných postupov.
DNA
Piezoelektrina je schopnosť určitých materiálov akumulovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. DNA je jedným z takýchto materiálov, ktorý vykazuje tento účinok. DNA je biologická molekula nachádzajúca sa vo všetkých živých organizmoch a skladá sa zo štyroch nukleotidových báz: adenínu (A), guanínu (G), cytozínu (C) a tymínu (T).
DNA je komplexná molekula, ktorá môže byť použitá na generovanie elektrického náboja, keď je vystavená mechanickému namáhaniu. Je to spôsobené tým, že molekuly DNA sú zložené z dvoch reťazcov nukleotidov, ktoré sú držané pohromade vodíkovými väzbami. Keď sa tieto väzby prerušia, vytvorí sa elektrický náboj.
Piezoelektrický efekt DNA sa používa v rôznych aplikáciách, vrátane:
• Výroba elektriny pre lekárske implantáty
• Detekcia a meranie mechanických síl v bunkách
• Vývoj senzorov nanometrov
• Vytváranie biosenzorov na sekvenovanie DNA
• Generovanie ultrazvukových vĺn na zobrazovanie
Piezoelektrický efekt DNA sa tiež skúma pre jeho potenciálne využitie pri vývoji nových materiálov, ako sú nanovlákna a nanorúrky. Tieto materiály by sa mohli použiť na rôzne aplikácie vrátane skladovania a snímania energie.
Piezoelektrický efekt DNA bol rozsiahle študovaný a zistilo sa, že je vysoko citlivý na mechanické namáhanie. Vďaka tomu je cenným nástrojom pre výskumníkov a inžinierov, ktorí hľadajú nové materiály a technológie.
Na záver, DNA je materiál, ktorý vykazuje piezoelektrický efekt, čo je schopnosť akumulovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické napätie. Tento efekt sa využíva v rôznych aplikáciách vrátane lekárskych implantátov, senzorov nanometrov a sekvenovania DNA. Skúma sa aj jeho potenciálne využitie pri vývoji nových materiálov, ako sú nanodrôty a nanorúrky.
Proteíny
Piezoelektrina je schopnosť určitých materiálov akumulovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Tento efekt vykazujú piezoelektrické materiály, ako sú proteíny, kryštály, keramika a biologická hmota ako kosť a DNA. Najmä proteíny sú jedinečným piezoelektrickým materiálom, pretože sa skladajú z komplexnej štruktúry aminokyselín, ktoré sa môžu deformovať a vytvárať elektrický náboj.
Proteíny sú najrozšírenejším typom piezoelektrického materiálu a nachádzajú sa v rôznych formách. Môžu sa nachádzať vo forme enzýmov, hormónov a protilátok, ako aj vo forme štrukturálnych proteínov, ako je kolagén a keratín. Proteíny sa nachádzajú aj vo forme svalových bielkovín, ktoré sú zodpovedné za svalovú kontrakciu a relaxáciu.
Piezoelektrický efekt bielkovín je spôsobený tým, že sú zložené z komplexnej štruktúry aminokyselín. Keď sú tieto aminokyseliny deformované, vytvárajú elektrický náboj. Tento elektrický náboj sa potom môže použiť na napájanie rôznych zariadení, ako sú senzory a akčné členy.
Proteíny sa tiež používajú v rôznych medicínskych aplikáciách. Používajú sa napríklad na zisťovanie prítomnosti určitých bielkovín v tele, ktoré sa dajú použiť na diagnostiku chorôb. Používajú sa aj na zistenie prítomnosti určitých baktérií a vírusov, ktoré možno použiť na diagnostiku infekcií.
Proteíny sa tiež používajú v rôznych priemyselných aplikáciách. Používajú sa napríklad na vytváranie senzorov a akčných členov pre rôzne priemyselné procesy. Používajú sa tiež na vytváranie materiálov, ktoré možno použiť pri stavbe lietadiel a iných vozidiel.
Na záver, proteíny sú jedinečný piezoelektrický materiál, ktorý možno použiť v rôznych aplikáciách. Skladajú sa z komplexnej štruktúry aminokyselín, ktoré môžu byť deformované na generovanie elektrického náboja, a používajú sa v rôznych medicínskych a priemyselných aplikáciách.
Zber energie s piezoelektrinou
V tejto časti budem diskutovať o tom, ako sa dá piezoelektrina použiť na zber energie. Pozriem sa na rôzne aplikácie piezoelektriky, od piezoelektrickej atramentovej tlače až po generátory hodín a mikrováhy. Budem tiež skúmať históriu piezoelektriky, od jej objavu Pierrom Curiem až po jej použitie v druhej svetovej vojne. Nakoniec budem diskutovať o súčasnom stave piezoelektrického priemyslu a potenciáli ďalšieho rastu.
Piezoelektrická atramentová tlač
Piezoelektrina je schopnosť určitých materiálov generovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Slovo „piezoelektrina“ je odvodené z gréckych slov „piezein“ (stlačiť alebo stlačiť) a „elektron“ (jantár), staroveký zdroj elektrického náboja. Piezoelektrické materiály, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota ako kosť a DNA, sa používajú v rôznych aplikáciách.
Piezoelektrina sa používa na výrobu vysokonapäťovej elektriny, ako generátor hodín, v elektronických zariadeniach a v mikrováhach. Používa sa tiež na pohon ultrazvukových trysiek a optických zostáv s ultrajemným zaostrovaním. Piezoelektrická atramentová tlač je populárnou aplikáciou tejto technológie. Ide o typ tlače, ktorý využíva piezoelektrické kryštály na generovanie vysokofrekvenčných vibrácií, ktoré sa používajú na vytláčanie kvapiek atramentu na stránku.
Objav piezoelektriky sa datuje do roku 1880, kedy tento efekt objavili francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie. Odvtedy sa piezoelektrický efekt využíva na rôzne užitočné aplikácie. Piezoelektrina sa používa v každodenných predmetoch, ako sú plynové varné a vykurovacie zariadenia, baterky, zapaľovače cigariet a snímače v elektronicky zosilnených gitarách a spúšte v moderných elektronických bicích.
Piezoelektrina sa využíva aj vo vedeckom výskume. Je základom pre skenovacie sondové mikroskopy, ktoré sa používajú na rozlíšenie obrazov na stupnici atómov. Používa sa tiež v ultrazvukových reflektometroch v časovej doméne, ktoré vysielajú ultrazvukové impulzy do materiálu a merajú odrazy, aby sa zistili diskontinuity a našli sa chyby vo vnútri liatych kovových a kamenných predmetov.
Vývoj piezoelektrických zariadení a materiálov bol poháňaný potrebou lepšieho výkonu a jednoduchších výrobných procesov. V Spojených štátoch bol vývoj kryštálov kremeňa na komerčné použitie hlavným faktorom rastu piezoelektrického priemyslu. Naproti tomu japonskí výrobcovia dokázali rýchlo zdieľať informácie a vyvíjať nové aplikácie, čo viedlo k rýchlemu rastu na japonskom trhu.
Piezoelektrina spôsobila revolúciu v spôsobe, akým využívame energiu, od každodenných predmetov, ako sú zapaľovače, až po pokročilý vedecký výskum. Je to všestranná technológia, ktorá nám umožnila skúmať a vyvíjať nové materiály a aplikácie, a bude aj naďalej dôležitou súčasťou našich životov v nadchádzajúcich rokoch.
Výroba elektriny vysokého napätia
Piezoelektrina je schopnosť určitých pevných materiálov akumulovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Slovo „piezoelektrina“ je odvodené z gréckych slov „piezein“, čo znamená „stlačiť“ alebo „stlačiť“ a „ēlektron“ znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja. Piezoelektrina je lineárna elektromechanická interakcia medzi mechanickými a elektrickými stavmi v kryštalických materiáloch s inverznou symetriou.
Piezoelektrický efekt je reverzibilný proces; materiály vykazujúce piezoelektrickú energiu tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, vnútorné generovanie mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Napríklad kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, kryštály môžu zmeniť svoj statický rozmer pri pôsobení vonkajšieho elektrického poľa, jav známy ako inverzný piezoelektrický efekt, ktorý sa využíva pri výrobe ultrazvukových vĺn.
Piezoelektrický efekt sa používa v rôznych aplikáciách, vrátane výroby elektriny vysokého napätia. Piezoelektrické materiály sa používajú pri výrobe a detekcii zvuku, v piezoelektrickej atramentovej tlači, v generátoroch hodín, v elektronických zariadeniach, v mikrováhach, v poháňacích ultrazvukových dýzach a v optických zostavách s ultrajemným zaostrovaním.
Piezoelektrina sa tiež používa v každodenných aplikáciách, ako je vytváranie iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, v baterkách, zapaľovačoch cigariet a materiáloch s pyroelektrickým efektom, ktoré generujú elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty. Tento efekt študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia, pričom čerpali z poznatkov Reného Haüya a Antoina Césara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom, hoci ich experimenty sa ukázali ako nepresvedčivé.
Kombinovaná znalosť pyroelektriky a pochopenie základných kryštálových štruktúr viedli k predpovedi pyroelektriky a schopnosti predpovedať správanie kryštálov. To bolo preukázané účinkom kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a kremeň tiež vykazovali piezoelektrickú energiu a na vytvorenie napätia pri deformácii sa použil piezoelektrický disk. To bolo značne prehnané pri demonštrácii priameho piezoelektrického javu u Curies.
Bratia Pierre a Jacques Curieovci pokračovali v získaní kvantitatívneho dôkazu o úplnej reverzibilite elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch. Piezoelektrina zostala po desaťročia laboratórnou kuriozitou, ale bola životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu, vyvrcholila v publikácii Lehrbuch der Kristallphysik (učebnica kryštálovej fyziky) Woldemara Voigta, ktorá opísala triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovala piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy.
Praktická aplikácia piezoelektrických zariadení začala s vývojom sonaru počas XNUMX. svetovej vojny. Vo Francúzsku Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek. Detektor pozostával z prevodníka vyrobeného z tenkých kremenných kryštálov starostlivo nalepených na oceľové platne a hydrofónu na detekciu vrátenej ozveny. Vyslaním vysokofrekvenčného impulzu z prevodníka a meraním času potrebného na počutie ozveny zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu boli schopní vypočítať vzdialenosť objektu. Použili piezoelektriku, aby bol sonar úspešný, a projekt vytvoril intenzívny vývoj a záujem o piezoelektrické zariadenia počas nasledujúcich desaťročí.
Boli preskúmané a vyvinuté nové piezoelektrické materiály a nové aplikácie pre tieto materiály. Piezoelektrické zariadenia našli svoje uplatnenie v rôznych oblastiach, ako napríklad keramické fonografové kazety, ktoré zjednodušili dizajn prehrávača a vytvorili lacnejšie, presnejšie gramofóny, ktoré boli lacnejšie na údržbu a ľahšie sa stavali. Vývoj ultrazvukových meničov umožnil jednoduché meranie viskozity a elasticity tekutín a pevných látok, čo viedlo k obrovskému pokroku vo výskume materiálov. Ultrazvukové reflektometre v časovej doméne posielajú ultrazvukový impulz do materiálu a merajú odrazy a diskontinuity, aby našli chyby vo vnútri liatych kovových a kamenných predmetov, čím zlepšujú štrukturálnu bezpečnosť.
Počas druhej svetovej vojny nezávislé výskumné skupiny v Spojených štátoch, Rusku a Japonsku objavili novú triedu syntetických materiálov nazývanú fer
Generátor hodín
Piezoelektrina je schopnosť určitých materiálov akumulovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Tento jav bol použitý na vytvorenie množstva užitočných aplikácií, vrátane generátorov hodín. Generátory hodín sú zariadenia, ktoré využívajú piezoelektrickú energiu na generovanie elektrických signálov s presným časovaním.
Generátory hodín sa používajú v rôznych aplikáciách, napríklad v počítačoch, telekomunikáciách a automobilových systémoch. Používajú sa aj v lekárskych zariadeniach, ako sú kardiostimulátory, aby sa zabezpečilo presné načasovanie elektrických signálov. Hodinové generátory sa používajú aj v priemyselnej automatizácii a robotike, kde je presné načasovanie nevyhnutné.
Piezoelektrický efekt je založený na lineárnej elektromechanickej interakcii medzi mechanickými a elektrickými stavmi v kryštalických materiáloch s inverznou symetriou. Tento efekt je reverzibilný, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektrickú energiu môžu tiež vytvárať mechanické napätie, keď je aplikované elektrické pole. Toto je známe ako inverzný piezoelektrický efekt a používa sa na vytváranie ultrazvukových vĺn.
Generátory hodín využívajú tento inverzný piezoelektrický efekt na generovanie elektrických signálov s presným časovaním. Piezoelektrický materiál je deformovaný elektrickým poľom, čo spôsobuje, že vibruje pri určitej frekvencii. Tieto vibrácie sa potom premenia na elektrický signál, ktorý sa používa na generovanie presného časovacieho signálu.
Generátory hodín sa používajú v rôznych aplikáciách, od zdravotníckych zariadení až po priemyselnú automatizáciu. Sú spoľahlivé, presné a ľahko sa používajú, vďaka čomu sú obľúbenou voľbou pre mnohé aplikácie. Piezoelektrina je dôležitou súčasťou modernej technológie a hodinové generátory sú len jednou z mnohých aplikácií tohto javu.
Elektronické zariadenia
Piezoelektrina je schopnosť určitých pevných materiálov akumulovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Tento jav, známy ako piezoelektrický efekt, sa používa v rôznych elektronických zariadeniach, od snímačov v elektronicky zosilnených gitarách až po spúšťače v moderných elektronických bicích.
Piezoelektrina je odvodená z gréckych slov πιέζειν (piezein), čo znamená „stlačiť“ alebo „stlačiť“ a ἤλεκτρον (ēlektron), čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja. Piezoelektrické materiály sú kryštály, keramika a biologické látky, ako sú kosti a proteíny DNA, ktoré vykazujú piezoelektrický efekt.
Piezoelektrický efekt je lineárna elektromechanická interakcia medzi mechanickými a elektrickými stavmi v kryštalických materiáloch s inverznou symetriou. Je to reverzibilný proces, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektrický efekt vykazujú aj reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Napríklad kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, kryštály môžu zmeniť svoj statický rozmer pri pôsobení vonkajšieho elektrického poľa, jav známy ako inverzný piezoelektrický efekt, ktorý sa využíva pri výrobe ultrazvukových vĺn.
Objav piezoelektriky sa pripisuje francúzskym fyzikom Pierrovi a Jacquesovi Curieovým, ktorí demonštrovali priamy piezoelektrický efekt v roku 1880. Ich kombinovaná znalosť pyroelektriky a pochopenie základných kryštálových štruktúr viedli k predpovedi pyroelektrického efektu a schopnosti predpovedať správanie kryštálov bolo demonštrované účinkom kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochellova soľ.
Piezoelektrina sa používa v rôznych každodenných aplikáciách, ako je vytváranie iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, baterkách, zapaľovačoch cigariet a materiáloch s pyroelektrickým efektom, ktoré generujú elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty. Toto študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia, pričom čerpali z poznatkov Reného Haüya a Antoina Césara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom. Experimenty sa však ukázali ako nepresvedčivé, kým pohľad na piezokryštál v múzeu kompenzátora Curie v Škótsku nepreukázal priamy piezoelektrický efekt bratov Curieovcov.
Piezoelektrina sa používa v rôznych elektronických zariadeniach, od snímačov v elektronicky zosilnených gitarách až po spúšťače v moderných elektronických bicích. Používa sa tiež pri výrobe a detekcii zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlači, výrobe vysokonapäťovej elektriny, generátoroch hodín, mikrováhy, poháňacie ultrazvukové dýzy a optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním. Piezoelektrina je tiež základom pre skenovacie sondové mikroskopy, ktoré sa používajú na rozlíšenie obrazov v mierke atómov.
microbalances
Piezoelektrina je schopnosť určitých pevných materiálov akumulovať elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Piezoelektrina je odvodená z gréckych slov πιέζειν (piezein), čo znamená „stlačiť“ alebo „stlačiť“, a ἤλεκτρον (ēlektron), čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrina sa používa v rôznych každodenných aplikáciách, ako je generovanie iskier na zapálenie plynu pre varné a vykurovacie zariadenia, baterky, zapaľovače cigariet a ďalšie. Používa sa tiež pri výrobe a detekcii zvuku a pri piezoelektrickej atramentovej tlači.
Piezoelektrina sa tiež používa na výrobu vysokonapäťovej elektriny a je základom generátorov hodín a elektronických zariadení, ako sú mikrováhy. Piezoelektrina sa používa aj na pohon ultrazvukových trysiek a optických zostáv s ultrajemným zaostrovaním.
Objav piezoelektriky sa pripisuje francúzskym fyzikom Jacquesovi a Pierrovi Curieovi v roku 1880. Bratia Curieovci spojili svoje znalosti o pyroelektrine a pochopenie základných kryštálových štruktúr, aby vznikol koncept piezoelektriky. Boli schopní predpovedať správanie kryštálov a demonštrovali účinok v kryštáloch, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ.
Piezoelektrický efekt sa využíval na užitočné aplikácie vrátane produkcie a detekcie zvuku. Vývoj sonaru počas XNUMX. svetovej vojny bol veľkým prelomom vo využívaní piezoelektriky. Po druhej svetovej vojne nezávislé výskumné skupiny v Spojených štátoch, Rusku a Japonsku objavili novú triedu syntetických materiálov nazývaných feroelektrika, ktoré vykazovali piezoelektrické konštanty až desaťkrát vyššie ako prírodné materiály.
To viedlo k intenzívnemu výskumu a vývoju materiálov na báze titaničitanu bárnatého a neskôr zirkoničitanu olova, ktoré mali špecifické vlastnosti pre konkrétne aplikácie. Významný príklad použitia piezoelektrických kryštálov bol vyvinutý v Bell Telephone Laboratories po druhej svetovej vojne.
Frederick R. Lack, pracujúci na oddelení rádiotelefónie, vyvinul brúsený kryštál, ktorý fungoval v širokom rozsahu teplôt. Lackov kryštál nepotreboval ťažké príslušenstvo predchádzajúcich kryštálov, čo uľahčilo jeho použitie v lietadlách. Tento vývoj umožnil spojeneckým vzdušným silám zapojiť sa do koordinovaných hromadných útokov pomocou leteckého rádia.
Vývoj piezoelektrických zariadení a materiálov v Spojených štátoch udržal niekoľko spoločností v podnikaní a vývoj kremenných kryštálov bol komerčne využívaný. Piezoelektrické materiály sa odvtedy používajú v rôznych aplikáciách, vrátane lekárskeho zobrazovania, ultrazvukového čistenia a ďalších.
Hnacia ultrazvuková dýza
Piezoelektrina je elektrický náboj, ktorý sa hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako sú kosti a DNA. Je to reakcia na aplikované mechanické namáhanie a je odvodená z gréckych slov „piezein“, čo znamená „stlačenie“ alebo „stlačenie“, a „elektron“, čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrický efekt je lineárna elektromechanická interakcia medzi mechanickými a elektrickými stavmi kryštalických materiálov s inverznou symetriou. Je to reverzibilný proces, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektrický efekt vykazujú aj reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Príkladom toho sú kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého, ktoré generujú merateľnú piezoelektrinu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, keď sa aplikuje vonkajšie elektrické pole, kryštály zmenia svoj statický rozmer, čo vedie k inverznému piezoelektrickému javu, čo je produkcia ultrazvukových vĺn.
Francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie objavili piezoelektrinu v roku 1880 a odvtedy sa využíva na rôzne užitočné aplikácie vrátane produkcie a detekcie zvuku. Piezoelektrina tiež nachádza každodenné využitie, ako je vytváranie iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, baterkách, zapaľovačoch cigariet a ďalších.
Pyroelektrický efekt, čo je materiál generujúci elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty, študovali Carl Linnaeus, Franz Aepinus a v polovici 18. storočia čerpajúc poznatky od Reného Haüya a Antoina Césara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a nabíjačka. Experimenty, ktoré to mali dokázať, boli nepresvedčivé.
Pohľad na piezokryštál v kompenzátore Curie v Hunterian Museum v Škótsku je ukážkou priameho piezoelektrického efektu bratov Pierra a Jacquesa Curieovcov. Kombinácia ich vedomostí o pyroelektrine a porozumenie základným kryštálovým štruktúram viedla k predpovedi pyroelektriky a umožnila im predpovedať správanie kryštálov. To bolo preukázané účinkom kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodného a draselného a kremeň tiež vykazovali piezoelektrickú energiu a na vytvorenie napätia pri deformácii sa použil piezoelektrický disk. Toto veľmi prehnali Curiesovci, aby predpovedali opačný piezoelektrický efekt, ktorý matematicky odvodil zo základných termodynamických princípov Gabriel Lippmann v roku 1881.
Curies okamžite potvrdil existenciu opačného efektu a pokračoval v získaní kvantitatívneho dôkazu o úplnej reverzibilite elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch. Po celé desaťročia zostala piezoelektrina laboratórnou kuriozitou, ale bola životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie pri ich práci na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrinu. Toto vyvrcholilo publikáciou Lehrbuch der Kristallphysik od Woldemara Voigta (Učebnica kryštálovej fyziky), ktorá opísala triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovala piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy.
Praktická aplikácia piezoelektrických zariadení začala sonarom, ktorý bol vyvinutý počas XNUMX. svetovej vojny. Vo Francúzsku Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek. Detektor pozostával z prevodníka vyrobeného z tenkých kremenných kryštálov starostlivo nalepených na oceľové platne, nazývaného hydrofón, na detekciu vrátenej ozveny po vyžarovaní vysokofrekvenčného impulzu. Meraním času potrebného na počutie ozveny zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu mohli vypočítať vzdialenosť objektu. Toto použitie piezoelektriky v sonare bolo úspešné a projekt vytvoril intenzívny vývoj a záujem o piezoelektrické zariadenia po celé desaťročia.
Boli preskúmané a vyvinuté nové piezoelektrické materiály a nové aplikácie pre tieto materiály a piezoelektrické zariadenia našli domov v oblastiach, ako sú keramické fonografové kazety, ktoré zjednodušili dizajn prehrávača a vytvorili lacnejšie, presnejšie gramofóny, ktoré boli lacnejšie na údržbu a ľahšie sa stavali. . Vývoj ultrazvukových meničov umožnil jednoduché meranie viskozity a elasticity tekutín a pevných látok, čo viedlo k obrovskému pokroku vo výskume materiálov. Ultrazvukové reflektometre v časovej oblasti posielajú ultrazvukový impulz cez materiál a merajú odrazy a diskontinuity, aby našli chyby vo vnútri liatych kovových a kamenných predmetov
Optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním
Piezoelektrina je schopnosť určitých materiálov akumulovať elektrický náboj, keď sú vystavené mechanickému namáhaniu. Ide o lineárnu elektromechanickú interakciu medzi elektrickými a mechanickými stavmi kryštalických materiálov s inverznou symetriou. Piezoelektrina je reverzibilný proces, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektriku tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa.
Piezoelektrina sa používa v rôznych aplikáciách vrátane produkcie a detekcie zvuku a výroby elektriny vysokého napätia. Piezoelektrina sa tiež používa v atramentovej tlači, generátoroch hodín, elektronických zariadeniach, mikrováhoch, poháňacích ultrazvukových dýzach a optických zostavách s ultrajemným zaostrovaním.
Piezoelektrinu objavili v roku 1880 francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie. Piezoelektrický efekt sa využíva v užitočných aplikáciách, ako je produkcia a detekcia zvuku a výroba elektriny vysokého napätia. Používa sa aj piezoelektrická atramentová tlač, ako aj generátory hodín, elektronické zariadenia, mikrováhy, hnacie ultrazvukové dýzy a optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním.
Piezoelektrina si našla cestu do každodenného používania, ako je generovanie iskier na zapálenie plynu pre varné a vykurovacie zariadenia, baterky, zapaľovače cigariet a materiály s pyroelektrickým efektom, ktoré generujú elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty. Tento efekt študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia, pričom čerpali z poznatkov Reného Haüya a Antoina Césara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom. Experimenty sa ukázali ako nepresvedčivé.
Pohľad na piezokryštál v kompenzátore Curie v Hunterian Museum v Škótsku je ukážkou priameho piezoelektrického efektu bratov Pierra a Jacquesa Curieovcov. V kombinácii s ich znalosťami o pyroelektrine a ich pochopením základných kryštálových štruktúr viedli k predpovedi pyroelektriky a schopnosti predpovedať správanie kryštálov. Preukázalo sa to na účinku kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ.
Tetrahydrát vínanu sodného a draselného, kremeň a Rochellova soľ vykazovali piezoelektrickú energiu a na generovanie napätia pri deformácii sa použil piezoelektrický disk, hoci zmena tvaru bola značne prehnaná. Curieovci predpovedali opačný piezoelektrický efekt a opačný efekt matematicky odvodil zo základných termodynamických princípov Gabriel Lippmann v roku 1881. Curieovci okamžite potvrdili existenciu opačného efektu a pokračovali v získavaní kvantitatívnych dôkazov o úplnej reverzibilite elektro- elastomechanické deformácie v piezoelektrických kryštáloch.
Po desaťročia zostala piezoelektrina laboratórnou kuriozitou, až kým sa nestala životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu, vyvrcholila v publikácii Lehrbuch der Kristallphysik od Woldemara Voigta (Učebnica kryštálovej fyziky). Toto opísalo triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovalo piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy na praktickú aplikáciu piezoelektrických zariadení.
Vývoj sonaru bol úspešným projektom, ktorý vytvoril intenzívny vývoj a záujem o piezoelektrické zariadenia. O niekoľko desaťročí neskôr boli preskúmané a vyvinuté nové piezoelektrické materiály a nové aplikácie pre tieto materiály. Piezoelektrické zariadenia našli svoje miesto v rôznych oblastiach, ako napríklad keramické fonografové kazety, ktoré zjednodušili dizajn prehrávača a zlacnili gramofóny a ľahšie sa udržiavali a stavali. Vývoj ultrazvukových meničov umožnil ľahké meranie viskozity a elasticity tekutín a pevných látok, čo viedlo k obrovskému pokroku vo výskume materiálov. Ultrazvukové reflektometre v časovej doméne posielajú ultrazvukový impulz do materiálu a merajú odrazy a diskontinuity, aby našli chyby vo vnútri liatych kovových a kamenných predmetov, čím zlepšujú štrukturálnu bezpečnosť.
Začiatky oblasti piezoelektrických záujmov boli zabezpečené ziskovými patentmi nových materiálov vyvinutých z kremenných kryštálov, ktoré boli komerčne využívané ako piezoelektrický materiál. Vedci hľadali materiály s vyšším výkonom a napriek pokroku v materiáloch a dozrievaniu výrobných procesov americký trh nerástol rýchlo. Na rozdiel od toho japonskí výrobcovia zdieľali informácie rýchlo a nové aplikácie pre rast v piezoelektrickom priemysle v Spojených štátoch utrpeli na rozdiel od japonských výrobcov.
Piezoelektrické motory
V tejto časti budem hovoriť o tom, ako sa piezoelektrina používa v moderných technológiách. Od mikroskopov so skenovacou sondou, ktoré dokážu rozlíšiť obrázky v mierke atómov až po snímače pre elektronicky zosilnené gitary a spúšťače pre moderné elektronické bicie, sa piezoelektrika stala neoddeliteľnou súčasťou mnohých zariadení. Preskúmam históriu piezoelektriky a ako sa používa v rôznych aplikáciách.
Formy základ rastrovacích sondových mikroskopov
Piezoelektrina je elektrický náboj, ktorý sa hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako je kosť a DNA. Je to reakcia na aplikované mechanické namáhanie a slovo piezoelektrina pochádza z gréckeho slova πιέζειν (piezein), čo znamená „stlačiť“ alebo „stlačiť“ a ἤλεκτρον (ēlektron), čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrické motory sú zariadenia, ktoré využívajú piezoelektrický efekt na generovanie pohybu. Tento efekt je lineárna elektromechanická interakcia medzi mechanickými a elektrickými stavmi v kryštalických materiáloch s inverznou symetriou. Je to reverzibilný proces, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektrický efekt vykazujú aj reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Príkladmi materiálov, ktoré generujú merateľnú piezoelektrickú energiu, sú kryštály zirkoničitanu titaničitého.
Piezoelektrický efekt sa využíva v užitočných aplikáciách, ako je produkcia a detekcia zvuku, piezoelektrická atramentová tlač, generovanie vysokonapäťovej elektriny, generátory hodín a elektronické zariadenia, ako sú mikrováhy a poháňacie ultrazvukové dýzy pre optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním. Tvorí tiež základ skenovacích sondových mikroskopov, ktoré sa používajú na rozlíšenie obrazov v mierke atómov.
Piezoelektrinu objavili v roku 1880 francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie. Pohľad na piezokryštál a Curieov kompenzátor je možné vidieť v Hunterian Museum v Škótsku, čo je ukážka priameho piezoelektrického efektu bratov Pierra a Jacquesa Curieovcov.
Kombinácia ich vedomostí o pyroelektrine a ich chápania základných kryštálových štruktúr viedlo k predpovedi pyroelektriky, ktorá im umožnila predpovedať správanie kryštálov. To bolo preukázané účinkom kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodného a draselného, kremeň a Rochellova soľ vykazovali piezoelektrickú energiu a na generovanie napätia pri deformácii sa použil piezoelektrický disk, hoci to Curieovci značne preháňali.
Predpovedali tiež opačný piezoelektrický efekt, ktorý matematicky odvodil zo základných termodynamických princípov Gabriel Lippmann v roku 1881. Curieovci okamžite potvrdili existenciu opačného efektu a pokračovali v získavaní kvantitatívnych dôkazov úplnej reverzibilnosti elektroelasto- mechanické deformácie v piezoelektrických kryštáloch.
Po desaťročia zostala piezoelektrina laboratórnou kuriozitou, až kým sa nestala životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu, vyvrcholila v publikácii Lehrbuch der Kristallphysik (učebnica kryštálovej fyziky) Woldemara Voigta, ktorá opísala triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovala piezoelektrické konštanty a tenzorovú analýzu.
To viedlo k praktickej aplikácii piezoelektrických zariadení, ako je sonar, ktorý bol vyvinutý počas XNUMX. svetovej vojny. Vo Francúzsku Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek. Tento detektor pozostával z prevodníka vyrobeného z tenkých kremenných kryštálov starostlivo prilepených k oceľovým platniam a hydrofónu na detekciu vrátenej ozveny po vyslaní vysokofrekvenčného impulzu z prevodníka. Meraním času potrebného na počutie ozveny zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu boli schopní vypočítať vzdialenosť objektu. Použili piezoelektriku, aby bol tento sonar úspešný, a projekt vytvoril intenzívny vývoj a záujem o piezoelektrické zariadenia po celé desaťročia.
Boli preskúmané a vyvinuté nové piezoelektrické materiály a nové aplikácie pre tieto materiály a piezoelektrické zariadenia našli domov v mnohých oblastiach, ako napríklad keramické fonografové kazety, ktoré zjednodušili dizajn prehrávača a vytvorili lacnejšie a presnejšie gramofóny, ktoré boli lacnejšie na údržbu a jednoduchšie. postaviť. Vývoj ultrazvukových meničov umožnil jednoduché meranie viskozity a elasticity tekutín a pevných látok, čo viedlo k obrovskému pokroku vo výskume materiálov. Ultrazvukové reflektometre v časovej doméne posielajú ultrazvukový impulz do materiálu a merajú odrazy a diskontinuity, aby našli chyby vo vnútri liatych kovových a kamenných predmetov, čím zlepšujú štrukturálnu bezpečnosť.
Počas druhej svetovej vojny nezávislé výskumné skupiny v Spojených štátoch
Rozlíšiť obrázky v mierke atómov
Piezoelektrina je elektrický náboj, ktorý sa hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako sú kosti a DNA. Je to reakcia na aplikované mechanické namáhanie a je odvodená z gréckeho slova „piezein“, čo znamená stlačiť alebo stlačiť. Piezoelektrický efekt je výsledkom lineárnej elektromechanickej interakcie medzi mechanickým a elektrickým stavom v kryštalických materiáloch s inverznou symetriou.
Piezoelektrina je reverzibilný proces a materiály vykazujúce piezoelektrický efekt tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Príklady toho zahŕňajú kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého, ktoré generujú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, kryštály menia svoj statický rozmer pri pôsobení vonkajšieho elektrického poľa, čo je známe ako inverzný piezoelektrický efekt a používa sa pri výrobe ultrazvukových vĺn.
Francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie objavili piezoelektrinu v roku 1880. Piezoelektrický efekt sa využíval v rôznych užitočných aplikáciách, vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, generátorov hodín a elektronických zariadení ako mikrováhy a hnacie ultrazvukové trysky. Tvorí tiež základ skenovacích sondových mikroskopov, ktoré sa používajú na rozlíšenie obrazov v mierke atómov.
Piezoelektrina sa používa aj v každodenných aplikáciách, ako je vytváranie iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, baterkách, zapaľovačoch cigariet a ďalších. Pyroelektrický efekt, čo je materiál, ktorý generuje elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty, študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia. Na základe poznatkov Reného Haüya a Antoina Césara Becquerela navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom, ale ich experimenty sa ukázali ako nepresvedčivé.
Návštevníci Hunterian Museum v Glasgowe si môžu prezrieť piezokryštálový Curieov kompenzátor, demonštráciu priameho piezoelektrického efektu bratov Pierra a Jacquesa Curieovcov. V kombinácii s ich znalosťami o pyroelektrine a pochopením základných kryštálových štruktúr viedli k predpovedi pyroelektriky a schopnosti predpovedať správanie kryštálov. To bolo preukázané účinkom kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodného a draselného, kremeň a Rochellova soľ vykazovali piezoelektrickú energiu a piezoelektrický disk generuje napätie pri deformácii, hoci zmena tvaru je značne prehnaná. Curiesovci dokázali predpovedať opačný piezoelektrický efekt a opačný efekt matematicky odvodil zo základných termodynamických princípov Gabriel Lippmann v roku 1881.
Curies okamžite potvrdil existenciu opačného efektu a pokračoval v získaní kvantitatívneho dôkazu o úplnej reverzibilite elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch. Piezoelektrina zostala po desaťročia laboratórnou kuriozitou, ale bola životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu, vyvrcholila v publikácii Lehrbuch der Kristallphysik od Woldemara Voigta (Učebnica kryštálovej fyziky).
Snímače Elektronicky zosilnené gitary
Piezoelektrické motory sú elektrické motory, ktoré využívajú piezoelektrický efekt na premenu elektrickej energie na mechanickú energiu. Piezoelektrický efekt je schopnosť určitých materiálov generovať elektrický náboj, keď sú vystavené mechanickému namáhaniu. Piezoelektrické motory sa používajú v rôznych aplikáciách, od napájania malých zariadení, ako sú hodinky a hodiny, až po napájanie väčších strojov, ako sú roboty a lekárske zariadenia.
Piezoelektrické motory sa používajú v snímačoch elektronicky zosilnených gitár. Tieto snímače využívajú piezoelektrický efekt na premenu vibrácií strún gitary na elektrický signál. Tento signál je potom zosilnený a odoslaný do zosilňovača, ktorý vytvára zvuk gitary. Piezoelektrické snímače sa používajú aj v moderných elektronických bubnoch, kde sa používajú na detekciu vibrácií hláv bubnov a ich premenu na elektrický signál.
Piezoelektrické motory sa používajú aj v mikroskopoch so skenovacou sondou, ktoré využívajú piezoelektrický efekt na pohyb malej sondy po povrchu. To umožňuje mikroskopu rozlíšiť obrázky v mierke atómov. Piezoelektrické motory sa používajú aj v atramentových tlačiarňach, kde sa používajú na pohyb tlačovej hlavy tam a späť po stránke.
Piezoelektrické motory sa používajú v rôznych iných aplikáciách vrátane lekárskych zariadení, automobilových komponentov a spotrebnej elektroniky. Používajú sa aj v priemyselných aplikáciách, ako napríklad pri výrobe presných dielov a pri montáži zložitých komponentov. Piezoelektrický efekt sa využíva aj pri výrobe ultrazvukových vĺn, ktoré sa využívajú pri medicínskom zobrazovaní a pri zisťovaní chýb v materiáloch.
Celkovo sa piezoelektrické motory používajú v širokej škále aplikácií, od napájania malých zariadení až po napájanie väčších strojov. Používajú sa v snímačoch elektronicky zosilnených gitár, moderných elektronických bicích, skenovacích sondových mikroskopoch, atramentových tlačiarňach, zdravotníckych zariadeniach, automobilových komponentoch a spotrebnej elektronike. Piezoelektrický efekt sa využíva aj pri výrobe ultrazvukových vĺn a pri zisťovaní chýb v materiáloch.
Spúšťa moderné elektronické bicie
Piezoelektrina je elektrický náboj, ktorý sa hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako sú kosti a DNA. Je to reakcia týchto materiálov na aplikované mechanické namáhanie. Slovo piezoelektrina je odvodené z gréckeho slova „piezein“, čo znamená „stlačiť alebo stlačiť“, a slova „elektron“, čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrické motory sú zariadenia, ktoré využívajú piezoelektrický efekt na generovanie pohybu. Tento efekt je výsledkom lineárnej elektromechanickej interakcie medzi mechanickým a elektrickým stavom kryštalických materiálov s inverznou symetriou. Je to reverzibilný proces, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektrický efekt vykazujú aj reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Príkladom toho sú kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého, ktoré generujú merateľnú piezoelektrinu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, keď je aplikované vonkajšie elektrické pole, kryštály menia svoj statický rozmer a vytvárajú ultrazvukové vlny.
Piezoelektrické motory sa používajú v rôznych každodenných aplikáciách, ako napríklad:
• Vytváranie iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach
• Baterky, zapaľovače cigariet a materiály s pyroelektrickým efektom
• Generovanie elektrického potenciálu v reakcii na zmenu teploty
• Produkcia a detekcia zvuku
• Piezoelektrická atramentová tlač
• Výroba elektrickej energie vysokého napätia
• Generátor hodín a elektronické zariadenia
• Mikrováhy
• Poháňajte ultrazvukové dýzy a optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním
• Tvorí základ rastrovacích sondových mikroskopov
• Rozlíšiť obrázky v mierke atómov
• Snímače elektronicky zosilnené gitary
• Spúšťa moderné elektronické bicie.
Elektromechanické modelovanie piezoelektrických meničov
V tejto časti budem skúmať elektromechanické modelovanie piezoelektrických meničov. Pozriem sa na históriu objavu piezoelektriky, na experimenty, ktoré dokázali jej existenciu, a na vývoj piezoelektrických zariadení a materiálov. Budem tiež diskutovať o príspevkoch francúzskych fyzikov Pierra a Jacquesa Curieho, Carla Linnaeusa a Franza Aepinusa, Rene Hauyho a Antoina Cesara Becquerela, Gabriela Lippmanna a Woldemara Voigta.
Francúzski fyzici Pierre a Jacques Curie
Piezoelektrina je elektromechanický jav, pri ktorom sa elektrický náboj hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako sú kosti a DNA. Tento náboj vzniká ako reakcia na aplikované mechanické namáhanie. Slovo „piezoelektrina“ je odvodené z gréckeho slova „piezein“, čo znamená „stlačiť alebo stlačiť“, a „elektron“, čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrický efekt je výsledkom lineárnej elektromechanickej interakcie medzi mechanickými a elektrickými stavmi v materiáloch s inverznou symetriou. Tento efekt je reverzibilný, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektrický efekt tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, kde sa vytvára vnútorné mechanické napätie v reakcii na aplikované elektrické pole. Napríklad kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, keď sa aplikuje vonkajšie elektrické pole, kryštály zmenia svoj statický rozmer a vytvárajú ultrazvukové vlny v procese známom ako inverzný piezoelektrický efekt.
V roku 1880 francúzski fyzici Pierre a Jacques Curie objavili piezoelektrický efekt a odvtedy sa využíva na rôzne užitočné aplikácie vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, generátorov hodín a elektronických zariadení. zariadenia, ako sú mikrováhy a hnacie ultrazvukové dýzy pre optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním. Tvorí tiež základ pre skenovacie sondové mikroskopy, ktoré dokážu rozlíšiť obrazy v mierke atómov. Piezoelektrika sa používa aj v snímačoch pre elektronicky zosilnené gitary a spúšťačoch pre moderné elektronické bicie.
Piezoelektrina tiež nachádza každodenné využitie, ako je vytváranie iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, baterkách, zapaľovačoch cigariet a ďalších. Pyroelektrický efekt, pri ktorom materiál generuje elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty, študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. mechanické napätie a elektrický náboj, hoci ich experimenty sa ukázali ako nepresvedčivé.
Kombináciou svojich vedomostí o pyroelektrine s pochopením základných kryštálových štruktúr boli Curies schopní predpovedať pyroelektrinu a predpovedať správanie kryštálov. Preukázalo sa to na účinku kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a kremeň tiež vykazovali piezoelektrickú energiu. Piezoelektrický disk generuje napätie, keď sa deformuje, aj keď je to veľmi prehnané v demonštrácii Curies. Boli tiež schopní predpovedať opačný piezoelektrický efekt a matematicky ho odvodiť zo základných termodynamických princípov Gabriela Lippmanna v roku 1881.
Curies okamžite potvrdil existenciu opačného efektu a pokračoval v získaní kvantitatívneho dôkazu o úplnej reverzibilite elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch. V nasledujúcich desaťročiach zostala piezoelektrina laboratórnou kuriozitou, až kým sa nestala životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu, vyvrcholila v publikácii Woldemara Voigta „Lehrbuch der Kristallphysik“ (učebnica kryštálovej fyziky).
Experimenty sa ukázali ako nepresvedčivé
Piezoelektrina je elektromechanický jav, pri ktorom sa elektrický náboj hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako sú kosti a DNA. Je to reakcia na aplikované mechanické namáhanie a slovo „piezoelektrina“ je odvodené z gréckych slov „piezein“, čo znamená „stlačiť alebo stlačiť“ a „ēlektron“, čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrický efekt je výsledkom lineárnej elektromechanickej interakcie medzi mechanickými a elektrickými stavmi kryštalických materiálov s inverznou symetriou. Je to reverzibilný proces; materiály vykazujúce piezoelektrický efekt tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorné generovanie mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Napríklad kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, kryštály môžu zmeniť svoj statický rozmer, keď sa aplikuje vonkajšie elektrické pole, známe ako inverzný piezoelektrický efekt, ktorý sa používa pri výrobe ultrazvukových vĺn.
Francúzski fyzici Pierre a Jacques Curie objavili piezoelektrinu v roku 1880. Odvtedy sa využíva na množstvo užitočných aplikácií, vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, generátorov hodín a elektronických zariadení, ako sú mikrováhy. , hnacie ultrazvukové dýzy a optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním. Tvorí tiež základ skenovacích sondových mikroskopov, ktoré dokážu rozlíšiť obrazy na stupnici atómov. Piezoelektrina sa používa aj v snímačoch pre elektronicky zosilnené gitary a spúšťačoch pre moderné elektronické bicie.
Piezoelektrina nachádza každodenné využitie pri vytváraní iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, baterkách, zapaľovačoch cigariet a ďalších. Pyroelektrický efekt, pri ktorom materiál generuje elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty, študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia na základe poznatkov Reného Hauya a Antoina Césara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom. Experimenty sa ukázali ako nepresvedčivé.
Kombinované znalosti pyroelektriky a pochopenie základných kryštálových štruktúr viedli k predpovedi pyroelektriky a schopnosti predpovedať správanie kryštálov. Preukázalo sa to na účinku kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a kremeň tiež vykazovali piezoelektrickú energiu a na vytvorenie napätia pri deformácii sa použil piezoelektrický disk. To bolo značne prehnané pri demonštrácii priameho piezoelektrického javu u Curies.
Bratia Pierre a Jacques Curieovci predpovedali opačný piezoelektrický efekt a opačný efekt bol matematicky odvodený zo základných termodynamických princípov Gabrielom Lippmannom v roku 1881. Curieovci okamžite potvrdili existenciu opačného efektu a pokračovali v získavaní kvantitatívneho dôkazu úplného reverzibilita elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch.
Piezoelektrina zostala po desaťročia laboratórnou kuriozitou, ale bola životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu, vyvrcholila v publikácii Lehrbuch der Kristallphysik od Woldemara Voigta (Učebnica kryštálovej fyziky). Toto opísalo triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovalo piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy. Toto bola prvá praktická aplikácia piezoelektrických meničov a sonar bol vyvinutý počas XNUMX. svetovej vojny. Vo Francúzsku Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek.
Carl Linné a Franz Aepinus
Piezoelektrina je elektromechanický jav, pri ktorom sa elektrický náboj hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako sú kosti a DNA. Tento náboj vzniká v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Slovo piezoelektrina pochádza z gréckych slov πιέζειν (piezein), čo znamená „stlačiť alebo stlačiť“ a ἤλεκτρον (ēlektron), čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrický efekt je výsledkom lineárnej elektromechanickej interakcie medzi mechanickými a elektrickými stavmi kryštalických materiálov s inverznou symetriou. Tento efekt je reverzibilný, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektriku tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, čo je vnútorná tvorba mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Napríklad kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, kryštály môžu zmeniť svoj statický rozmer pri pôsobení vonkajšieho elektrického poľa, čo je známe ako inverzný piezoelektrický efekt a používa sa pri výrobe ultrazvukových vĺn.
V roku 1880 francúzski fyzici Jacques a Pierre Curie objavili piezoelektrický efekt a odvtedy sa využíva v mnohých užitočných aplikáciách, vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, generátorov hodín, elektronických zariadení, mikrováh. , hnacie ultrazvukové dýzy a optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním. Tvorí tiež základ pre skenovacie sondové mikroskopy, ktoré sa používajú na rozlíšenie obrazov v mierke atómov. Piezoelektrika sa používa aj v snímačoch pre elektronicky zosilnené gitary a spúšťačoch pre moderné elektronické bicie.
Piezoelektrina sa vyskytuje aj pri každodennom používaní, ako je vytváranie iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, baterkách, zapaľovačoch cigariet a pyroelektrický efekt, keď materiál generuje elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty. Tento efekt študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia, pričom čerpali z poznatkov Reného Hauya a Antoina Césara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom, hoci ich experimenty sa ukázali ako nepresvedčivé.
Pohľad na piezokryštál v kompenzátore Curie v Hunterian Museum v Škótsku je ukážkou priameho piezoelektrického efektu bratov Pierra a Jacquesa Curieovcov. Spojenie ich vedomostí o pyroelektrine s pochopením základných kryštálových štruktúr viedlo k predpovedi pyroelektriky a schopnosti predpovedať správanie kryštálov. To bolo preukázané účinkom kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a kremeň z Rochellovej soli vykazovali piezoelektrickú energiu a piezoelektrický disk generuje napätie, keď sa deformuje, aj keď je to v demonštrácii Curies veľmi prehnané.
Predpoveď opačného piezoelektrického javu a jeho matematickú dedukciu zo základných termodynamických princípov urobil Gabriel Lippmann v roku 1881. Curieovci okamžite potvrdili existenciu opačného efektu a pokračovali v získavaní kvantitatívneho dôkazu úplnej reverzibilnosti elektroelasto- mechanické deformácie v piezoelektrických kryštáloch. Po desaťročia zostala piezoelektrina laboratórnou kuriozitou, až kým sa nestala životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie, ktorí ju použili na skúmanie a definovanie kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu. Toto vyvrcholilo publikáciou Lehrbuch der Kristallphysik od Woldemara Voigta (Učebnica kryštálovej fyziky), ktorá opísala triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovala piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy.
Táto praktická aplikácia piezoelektrických meničov viedla k vývoju sonaru počas XNUMX. svetovej vojny. Vo Francúzsku Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek. Detektor pozostával z prevodníka vyrobeného z tenkých kremenných kryštálov starostlivo prilepených k oceľovým platniam a hydrofónu na detekciu vrátenej ozveny po vyslaní vysokofrekvenčného impulzu z prevodníka. Meraním času potrebného na to, aby počuli ozvenu zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu, dokázali vypočítať vzdialenosť objektu. Použili piezoelektrinu, aby bol tento sonar úspešný, a projekt vytvoril intenzívny vývoj a záujem o piezoelektrické zariadenia.
Rene Hauy a Antoine Cesar Becquerel
Piezoelektrina je elektromechanický jav, ku ktorému dochádza, keď určité pevné materiály, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota ako kosť a DNA, akumulujú elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Piezoelektrina je odvodená z gréckeho slova „piezein“, čo znamená „stlačiť alebo stlačiť“, a „elektron“, čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrický efekt je výsledkom lineárnej elektromechanickej interakcie medzi mechanickými a elektrickými stavmi v kryštalických materiáloch s inverznou symetriou. Tento efekt je reverzibilný, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektrický efekt tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt alebo vnútorné generovanie mechanického napätia vyplývajúceho z aplikovaného elektrického poľa. Napríklad kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, kryštály môžu zmeniť svoj statický rozmer, keď sa aplikuje vonkajšie elektrické pole, čo vedie k inverznému piezoelektrickému efektu a produkcii ultrazvukových vĺn.
Francúzski fyzici Pierre a Jacques Curie objavili piezoelektrický efekt v roku 1880. Tento efekt bol využitý v rôznych užitočných aplikáciách vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, hodinových generátorov a elektronických zariadení. ako mikrováhy, hnacie ultrazvukové dýzy a optické zostavy s ultrajemným zaostrovaním. Tvorí tiež základ skenovacích sondových mikroskopov, ktoré dokážu rozlíšiť obrazy na stupnici atómov. Piezoelektrina sa používa aj v snímačoch pre elektronicky zosilnené gitary a spúšťačoch pre moderné elektronické bicie.
Piezoelektrický efekt prvýkrát študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia, pričom čerpali z poznatkov Rene Hauyho a Antoina Cesara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom. Experimenty sa však ukázali ako nepresvedčivé. V kombinácii so znalosťou pyroelektriky a pochopením základných kryštálových štruktúr to viedlo k predpovedi pyroelektriky a schopnosti predpovedať správanie kryštálov. Preukázalo sa to na účinku kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. Tetrahydrát vínanu sodnodraselného a kremeň tiež vykazovali piezoelektrickú energiu a na vytvorenie napätia pri deformácii sa použil piezoelektrický disk. Tento efekt bol značne zveličený v demonštrácii Curiesovho v Múzeu Škótska, ktorá ukázala priamy piezoelektrický efekt.
Bratia Pierre a Jacques Curieovci pokračovali v získaní kvantitatívneho dôkazu o úplnej reverzibilite elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch. Po desaťročia zostala piezoelektrina laboratórnou kuriozitou, až kým sa nestala životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Táto práca skúmala a definovala kryštálové štruktúry, ktoré vykazovali piezoelektrinu, čo vyvrcholilo publikáciou Lehrbuch der Kristallphysik (učebnica kryštálovej fyziky) Woldemara Voigta.
Curies okamžite potvrdil existenciu opačného efektu a pokračoval v matematickom odvodení základných termodynamických princípov opačného efektu. Urobil to Gabriel Lippmann v roku 1881. Piezoelektrina bola potom použitá na vývoj sonaru počas XNUMX. svetovej vojny. Vo Francúzsku Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek. Tento detektor pozostával z prevodníka vyrobeného z tenkých kremenných kryštálov starostlivo nalepených na oceľové platne a hydrofónu na detekciu vrátenej ozveny. Vyslaním vysokofrekvenčného impulzu z prevodníka a meraním času potrebného na počutie ozveny zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu mohli vypočítať vzdialenosť k objektu.
Použitie piezoelektrických kryštálov ďalej rozvinuli Bell Telephone Laboratories po druhej svetovej vojne. Frederick R. Lack, pracujúci na oddelení rádiotelefónie, vyvinul brúsený kryštál, ktorý by mohol fungovať v širokom rozsahu teplôt. Lackov kryštál nepotreboval ťažké príslušenstvo predchádzajúcich kryštálov, čo uľahčilo jeho použitie v lietadlách. Tento vývoj umožnil spojeneckým vzdušným silám zapojiť sa do koordinovaných masových útokov pomocou leteckého rádia. Vývoj piezoelektrických zariadení a materiálov v USA udržal spoločnosti vo vývoji vojnových začiatkov v tejto oblasti a rozvíjali sa záujmy na zabezpečenie ziskových patentov na nové materiály. Kryštály kremeňa sa komerčne využívali ako piezoelektrický materiál a vedci hľadali materiály s vyšším výkonom. Napriek pokroku v materiáloch a vyspelosti výrobných procesov, Spojené štáty americké
Gabriel Lippmann
Piezoelektrina je elektromechanický jav, pri ktorom sa elektrický náboj hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako sú kosti a DNA. Je výsledkom interakcie medzi mechanickými a elektrickými stavmi v materiáloch s inverznou symetriou. Piezoelektrinu prvýkrát objavili francúzski fyzici Pierre a Jacques Curie v roku 1880.
Piezoelektrina sa využíva na rôzne užitočné aplikácie, vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače a výroby vysokonapäťovej elektriny. Piezoelektrina je odvodená z gréckych slov πιέζειν (piezein), čo znamená „stlačiť alebo stlačiť“ a ἤλεκτρον (ēlektron), čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrický efekt je reverzibilný, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektriku tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, pri ktorom je vnútorná tvorba mechanického napätia výsledkom aplikácie elektrického poľa. Napríklad kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, kryštály môžu zmeniť svoj statický rozmer, keď sa aplikuje vonkajšie elektrické pole, proces známy ako inverzný piezoelektrický efekt. Tento proces možno použiť na výrobu ultrazvukových vĺn.
Piezoelektrický efekt sa skúma od polovice 18. storočia, keď Carl Linné a Franz Aepinus, vychádzajúc z poznatkov Reného Hauya a Antoina Césara Becquerela, navrhli vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom. Experimenty sa však ukázali ako nepresvedčivé. Až keď kombinované znalosti o pyroelektrine a pochopenie základných kryštálových štruktúr viedli k predpovedi pyroelektriky, výskumníci boli schopní predpovedať správanie kryštálov. To bolo preukázané účinkom kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ.
Gabriel Lippmann v roku 1881 matematicky odvodil základné termodynamické princípy opačného piezoelektrického javu. Curies okamžite potvrdil existenciu opačného efektu a pokračoval v získaní kvantitatívneho dôkazu o úplnej reverzibilite elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch.
Po desaťročia zostala piezoelektrina laboratórnou kuriozitou, až kým sa nestala životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom a Marie Curie. Ich práca na skúmaní a definovaní kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu, vyvrcholila v publikácii Lehrbuch der Kristallphysik od Woldemara Voigta (Učebnica kryštálovej fyziky). Toto popisovalo triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovalo piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy.
Praktická aplikácia piezoelektrických zariadení začala s vývojom sonaru počas XNUMX. svetovej vojny. Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek. Tento detektor pozostával z prevodníka vyrobeného z tenkých kremenných kryštálov starostlivo nalepených na oceľové platne a hydrofónu na detekciu vrátenej ozveny. Vyslaním vysokofrekvenčného impulzu z prevodníka a meraním času potrebného na počutie ozveny zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu boli schopní vypočítať vzdialenosť k objektu. Toto použitie piezoelektriky pre sonar bolo úspešné a projekt vyvolal intenzívny vývojový záujem o piezoelektrické zariadenia. V priebehu desaťročí sa skúmali a vyvíjali nové piezoelektrické materiály a nové aplikácie pre tieto materiály. Piezoelektrické zariadenia našli svoje uplatnenie v rôznych oblastiach, od keramických fonografických kaziet, ktoré zjednodušili dizajn prehrávača a urobili lacné, presné gramofóny lacnejšie na údržbu a ľahšie zostaviteľné, až po vývoj ultrazvukových prevodníkov, ktoré umožňovali jednoduché meranie viskozity a elasticity tekutín. a pevných látok, čo má za následok obrovský pokrok vo výskume materiálov. Ultrazvukové reflektometre v časovej doméne posielajú ultrazvukový impulz do materiálu a merajú odrazy a diskontinuity, aby našli chyby vo vnútri liatych kovových a kamenných predmetov, čím zlepšujú štrukturálnu bezpečnosť.
Po druhej svetovej vojne nezávislé výskumné skupiny v Spojených štátoch, Rusku a Japonsku objavili novú triedu syntetických materiálov nazývaných feroelektrika, ktoré vykazovali piezoelektrické konštanty až desaťkrát vyššie ako prírodné materiály. To viedlo k intenzívnemu výskumu s cieľom vyvinúť titaničitan bárnatý a neskôr zirkoničitan titaničitan olovnatý, materiály so špecifickými vlastnosťami pre konkrétne aplikácie. Bol vyvinutý významný príklad použitia piezoelektrických kryštálov
Woldemar Voigt
Piezoelektrina je elektromechanický jav, pri ktorom sa elektrický náboj hromadí v určitých pevných materiáloch, ako sú kryštály, keramika a biologická hmota, ako sú kosti a DNA. Tento náboj vzniká ako reakcia na aplikované mechanické namáhanie. Slovo piezoelektrina je odvodené z gréckeho slova „piezein“, čo znamená „stlačiť alebo stlačiť“ a „elektrón“, čo znamená „jantár“, staroveký zdroj elektrického náboja.
Piezoelektrický efekt je výsledkom lineárnej elektromechanickej interakcie medzi mechanickými a elektrickými stavmi kryštalických materiálov s inverznou symetriou. Tento efekt je reverzibilný, čo znamená, že materiály vykazujúce piezoelektriku tiež vykazujú reverzný piezoelektrický efekt, kde vnútorné generovanie mechanického napätia je výsledkom aplikovaného elektrického poľa. Napríklad kryštály zirkoničitanu titaničitanu olovnatého vytvárajú merateľnú piezoelektrickú energiu, keď sa ich statická štruktúra deformuje z pôvodného rozmeru. Naopak, kryštály môžu zmeniť svoj statický rozmer pri pôsobení vonkajšieho elektrického poľa, jav známy ako inverzný piezoelektrický efekt, ktorý sa využíva pri výrobe ultrazvukových vĺn.
Francúzski fyzici Pierre a Jacques Curie objavili piezoelektrinu v roku 1880. Piezoelektrický efekt sa odvtedy využíva na rôzne užitočné aplikácie, vrátane produkcie a detekcie zvuku, piezoelektrickej atramentovej tlače, generovania vysokonapäťovej elektriny, hodinových generátorov a elektronických zariadení. ako mikrováhy a hnacie ultrazvukové trysky na ultrajemné zaostrovanie optických zostáv. Tvorí tiež základ skenovacích sondových mikroskopov, ktoré dokážu rozlíšiť obrazy na stupnici atómov. Okrem toho snímače v elektronicky zosilnených gitarách a spúšte v moderných elektronických bicích využívajú piezoelektrický efekt.
Piezoelektrina tiež nachádza každodenné využitie pri vytváraní iskier na zapálenie plynu vo varných a vykurovacích zariadeniach, v baterkách, zapaľovačoch cigariet a ďalších. Pyroelektrický efekt, pri ktorom materiál generuje elektrický potenciál v reakcii na zmenu teploty, študovali Carl Linnaeus a Franz Aepinus v polovici 18. storočia, pričom čerpali z poznatkov Rene Hauyho a Antoina Cesara Becquerela, ktorí navrhli vzťah medzi mechanickými stres a elektrický náboj. Experimenty na preukázanie tohto vzťahu sa ukázali ako nepresvedčivé.
Pohľad na piezokryštál v kompenzátore Curie v Hunterian Museum v Škótsku je ukážkou priameho piezoelektrického efektu bratov Pierra a Jacquesa Curieovcov. Spojenie ich vedomostí o pyroelektrine s pochopením základných kryštálových štruktúr viedlo k predpovedi pyroelektriky, ktorá im umožnila predpovedať správanie kryštálov, ktoré preukázali pri účinku kryštálov, ako je turmalín, kremeň, topaz, trstinový cukor a Rochelle soľ. . Tetrahydrát vínanu sodného a draselného a kremeň tiež vykazovali piezoelektrickú energiu a na vytvorenie napätia pri deformácii sa použil piezoelektrický disk. Táto zmena tvaru bola v demonštrácii Curieovcov značne prehnaná a pokračovali v predpovedaní opačného piezoelektrického efektu. Opačný efekt matematicky odvodil zo základných termodynamických princípov Gabriel Lippmann v roku 1881.
Curies okamžite potvrdil existenciu opačného efektu a pokračoval v získaní kvantitatívneho dôkazu o úplnej reverzibilite elektro-elasto-mechanických deformácií v piezoelektrických kryštáloch. V nasledujúcich desaťročiach zostala piezoelektrina laboratórnou kuriozitou, až kým sa nestala životne dôležitým nástrojom pri objavení polónia a rádia Pierrom Marie Curie, ktorý ju použil na skúmanie a definovanie kryštálových štruktúr, ktoré vykazovali piezoelektrickú energiu. Toto vyvrcholilo publikáciou Lehrbuch der Kristallphysik od Woldemara Voigta (Učebnica kryštálovej fyziky), ktorá opísala triedy prírodných kryštálov schopné piezoelektriky a dôsledne definovala piezoelektrické konštanty pomocou tenzorovej analýzy.
To viedlo k praktickej aplikácii piezoelektrických zariadení, ako je sonar, ktorý bol vyvinutý počas XNUMX. svetovej vojny. Vo Francúzsku Paul Langevin a jeho spolupracovníci vyvinuli ultrazvukový detektor ponoriek. Tento detektor pozostával z prevodníka vyrobeného z tenkých kremenných kryštálov starostlivo prilepených k oceľovým platniam a hydrofónu na detekciu vrátenej ozveny po vyslaní vysokofrekvenčného impulzu z prevodníka. Meraním času potrebného na počutie ozveny zvukových vĺn odrážajúcich sa od objektu mohli vypočítať vzdialenosť k objektu. Použili piezoelektrickú energiu, aby bol tento sonar úspešný, a projekt vyvolal intenzívny vývoj a záujem.
Dôležité vzťahy
- Piezoelektrické ovládače: Piezoelektrické ovládače sú zariadenia, ktoré premieňajú elektrickú energiu na mechanický pohyb. Bežne sa používajú v robotike, zdravotníckych zariadeniach a iných aplikáciách, kde sa vyžaduje presné riadenie pohybu.
- Piezoelektrické snímače: Piezoelektrické snímače sa používajú na meranie fyzikálnych parametrov, ako je tlak, zrýchlenie a vibrácie. Často sa používajú v priemyselných a lekárskych aplikáciách, ako aj v spotrebnej elektronike.
- Piezoelektrina v prírode: Piezoelektrina je prirodzene sa vyskytujúci jav v určitých materiáloch a nachádza sa v mnohých živých organizmoch. Niektoré organizmy ho používajú na vnímanie svojho prostredia a na komunikáciu s inými organizmami.
záver
Piezoelektrina je úžasný fenomén, ktorý sa používa v rôznych aplikáciách, od sonaru až po kazety do fonografov. Študuje sa od polovice 1800. storočia a s veľkým úspechom sa používa pri vývoji moderných technológií. Tento blogový príspevok skúmal históriu a využitie piezoelektriky a zdôraznil dôležitosť tohto fenoménu vo vývoji moderných technológií. Pre tých, ktorí majú záujem dozvedieť sa viac o piezoelektrike, je tento príspevok skvelým východiskovým bodom.
Som Joost Nusselder, zakladateľ spoločnosti Neaera a marketingový pracovník s obsahom, otec a rád skúšam nové vybavenie s gitarou v centre mojej vášne a spolu s mojím tímom tvorím od roku 2020 podrobné blogové články. pomôcť verným čitateľom s tipmi na nahrávanie a gitaru.
