Piezoelektrika: Celovit vodnik za razumevanje njene mehanike in aplikacij

Piezoelektričnost je zmožnost določenih materialov, da proizvajajo elektriko, ko so izpostavljeni mehanskim obremenitvam in obratno. Beseda izhaja iz grške besede piezo, kar pomeni tlak in elektrika. Prvič so ga odkrili leta 1880, vendar je koncept znan že dolgo.

Najbolj znan primer piezoelektričnosti je kremen, vendar tudi številni drugi materiali kažejo ta pojav. Najpogostejša uporaba piezoelektrike je proizvodnja ultrazvoka.

V tem članku bom razpravljal o tem, kaj je piezoelektrika, kako deluje in o nekaterih od mnogih praktičnih uporab tega neverjetnega pojava.

Kaj je piezoelektričnost?

Piezoelektričnost je sposobnost določenih materialov, da ustvarijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. Je linearna elektromehanska interakcija med mehanskimi in električnimi stanji v kristalnih materialih z inverzijsko simetrijo. Piezoelektrične materiale je mogoče uporabiti za ustvarjanje visokonapetostne električne energije, generatorje ur, elektronske naprave, mikrotehtnice, pogonske ultrazvočne šobe in optične sklope za ultrafino fokusiranje.

Piezoelektrični materiali vključujejo kristale, določeno keramiko, biološke snovi, kot so kosti in DNK, ter beljakovine. Ko na piezoelektrični material deluje sila, ta povzroči električni naboj. Ta naboj se nato lahko uporabi za napajanje naprav ali ustvarjanje napetosti.

Piezoelektrični materiali se uporabljajo v različnih aplikacijah, vključno z:
• Produkcija in detekcija zvoka
• Piezoelektrični brizgalni tisk
• Proizvodnja električne energije visoke napetosti
• Urni generatorji
• Elektronske naprave
• Mikrotehtnice
• Pogon ultrazvočnih šob
• Optični sklopi za ultrafino fokusiranje
• Pikapolonice za elektronsko ojačane kitare
• Sprožilci za sodobne elektronske bobne
• Proizvodnja isker za vžig plina
• Naprave za kuhanje in ogrevanje
• Svetilke in cigaretni vžigalniki.

Kakšna je zgodovina piezoelektrike?

Piezoelektričnost sta leta 1880 odkrila francoska fizika Jacques in Pierre Curie. To je električni naboj, ki se kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološka snov, kot odziv na uporabljeno mehansko obremenitev. Beseda "piezoelektričnost" izhaja iz grške besede "piezein", kar pomeni "stisniti" ali "stiskati", in "elektron", kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični učinek je posledica linearne elektromehanske interakcije med mehanskimi in električnimi stanji kristalnih materialov z inverzijsko simetrijo. To je reverzibilen proces, kar pomeni, da imajo materiali, ki izkazujejo piezoelektričnost, tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja.

Skupno znanje zakoncev Curie o piroelektriki in razumevanje osnovnih kristalnih struktur je privedlo do napovedi piroelektrike in sposobnosti napovedovanja obnašanja kristalov. To se je pokazalo pri učinku kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol.

Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in pridobila kvantitativni dokaz o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih. Skozi desetletja je piezoelektrika ostala laboratorijska radovednost, dokler ni postala bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie.

Piezoelektričnost so izkoriščali za številne uporabne aplikacije, vključno s proizvodnjo in detekcijo zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, proizvodnjo visokonapetostne električne energije, generatorji ure in elektronskimi napravami, mikrotehtnicami, pogonskimi ultrazvočnimi šobami, ultrafinim fokusiranjem optičnih sklopov in oblikami osnovi skenirajočih sondnih mikroskopov za ločevanje slik na ravni atomov.

Piezoelektričnost najde tudi vsakodnevno uporabo, kot je ustvarjanje isker za vžig plina v kuhalnih in grelnih napravah, baklah, cigaretnih vžigalnikih in piroelektrični učinek, kjer material ustvari električni potencial kot odziv na temperaturno spremembo.

Pri razvoju sonarjev med prvo svetovno vojno so bili uporabljeni piezoelektrični kristali, ki so jih razvili Bell Telephone Laboratories. To je zavezniškim zračnim silam omogočilo sodelovanje v usklajenih množičnih napadih z uporabo letalske radijske zveze. Razvoj piezoelektričnih naprav in materialov v ZDA je zadržal podjetja v razvoju vojnih začetkov na področju interesov, ki so zagotovili donosne patente za nove materiale.

Japonska je opazila nove aplikacije in rast ameriške piezoelektrične industrije ter hitro razvila svojo. Hitro sta izmenjala informacije in razvila materiale barijev titanat in kasneje svinčev cirkonat titanat s posebnimi lastnostmi za posebne aplikacije.

Piezoelektrika je od svojega odkritja leta 1880 prehodila dolgo pot in se zdaj uporablja v različnih vsakodnevnih aplikacijah. Uporabljen je bil tudi za doseganje napredka pri raziskavah materialov, kot so ultrazvočni reflektometri v časovni domeni, ki pošljejo ultrazvočni impulz skozi material za merjenje odbojev in prekinitev, da bi našli napake v litih kovinskih in kamnitih predmetih, s čimer izboljšajo strukturno varnost.

Kako deluje piezoelektričnost

V tem razdelku bom raziskal, kako deluje piezoelektrika. Ogledal si bom kopičenje električnega naboja v trdnih snoveh, linearno elektromehansko interakcijo in reverzibilni proces, ki tvori ta pojav. Razpravljal bom tudi o zgodovini piezoelektrike in njenih aplikacijah.

Akumulacija električnega naboja v trdnih snoveh

Piezoelektričnost je električni naboj, ki se kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. Je odziv na uporabljeno mehansko obremenitev, njegovo ime pa izhaja iz grških besed "piezein" (stisniti ali pritisniti) in "ēlektron" (jantar).

Piezoelektrični učinek je posledica linearne elektromehanske interakcije med mehanskimi in električnimi stanji v kristalnih materialih z inverzijsko simetrijo. To je reverzibilen proces, kar pomeni, da imajo materiali, ki izkazujejo piezoelektričnost, tudi obratni piezoelektrični učinek, kjer je notranja mehanska obremenitev posledica uporabljenega električnega polja. Primeri materialov, ki ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, vključujejo kristale svinčevega cirkonat titanata.

Francoska fizika Pierre in Jacques Curie sta leta 1880 odkrila piezoelektričnost. Od takrat jo izkoriščajo za številne uporabne namene, vključno s proizvodnjo in zaznavanjem zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, ustvarjanjem visokonapetostne elektrike, generatorji ure in elektronskimi napravami, kot so mikrotehtnice. in pogonske ultrazvočne šobe za ultrafino fokusiranje optičnih sklopov. Prav tako tvori osnovo skenirajočih sondnih mikroskopov, ki lahko ločujejo slike na ravni atomov. Piezoelektričnost se uporablja tudi v dvigalih za elektronsko ojačene kitare in sprožilcih za sodobne elektronske bobne.

Piezoelektričnost najde vsakodnevno uporabo pri ustvarjanju isker za vžig plina, v napravah za kuhanje in ogrevanje, baklah, cigaretnih vžigalnikih in piroelektričnem učinku, kjer material ustvari električni potencial kot odziv na temperaturno spremembo. To sta preučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus sredi 18. stoletja, pri čemer sta se oprla na znanje Renéja Haüya in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehansko obremenitvijo in električnim nabojem. Poskusi so se izkazali za nedokončne.

Pogled na piezo kristal v Curiejevem kompenzatorju v muzeju Hunterian na Škotskem je prikaz neposrednega piezoelektričnega učinka. Brata Pierre in Jacques Curie sta svoje znanje o piroelektriki združila z razumevanjem osnovnih kristalnih struktur, kar je privedlo do napovedi piroelektrike. Lahko so predvideli obnašanje kristalov in pokazali učinek v kristalih, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev kalijev tartrat tetrahidrat in kremen sta prav tako pokazala piezoelektričnost. Piezoelektrični disk ustvari napetost, ko je deformiran, sprememba oblike pa je v predstavitvi zakoncev Curie močno pretirana.

Lahko so napovedali obratni piezoelektrični učinek, obratni učinek pa je matematično izpeljal Gabriel Lippmann leta 1881. Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in nato pridobila kvantitativne dokaze o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-električnega učinka. mehanske deformacije v piezoelektričnih kristalih.

Desetletja je piezoelektrika ostala laboratorijska zanimivost, vendar je bila bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so pokazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec v objavi Woldemarja Voigta Lehrbuch der Kristallphysik (Učbenik kristalne fizike), ki opisuje naravne kristalne razrede, zmožne piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante s tenzorsko analizo. To je bila praktična uporaba piezoelektričnih naprav, sonar pa je bil razvit med prvo svetovno vojno. V Franciji je Paul Langevin s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic.

Detektor je bil sestavljen iz a pretvornik iz tankih kremenčevih kristalov, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, in hidrofon za zaznavanje vrnjenega odmeva. Z oddajanjem visokega frekvenca impulza iz pretvornika in merjenja časa, ki je potreben, da zaslišijo odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, so lahko izračunali razdaljo do predmeta. Za uspeh sonarja so uporabili piezoelektričnost, projekt pa je povzročil intenziven razvoj in zanimanje za piezoelektrične naprave. V desetletjih so bili raziskani in razviti novi piezoelektrični materiali in nove aplikacije za materiale, piezoelektrične naprave pa so našle dom na različnih področjih. Keramične gramofonske kartuše so poenostavile zasnovo predvajalnika in ustvarile poceni in natančne gramofone, ki so bili cenejši za vzdrževanje in lažji za izdelavo.

Razvoj ultrazvočnih pretvornikov je omogočil preprosto merjenje viskoznosti in elastičnosti tekočin in trdnih snovi, kar je povzročilo velik napredek pri raziskavah materialov.

Linearna elektromehanska interakcija

Piezoelektričnost je sposobnost določenih materialov, da ustvarijo električni naboj, ko so izpostavljeni mehanskim obremenitvam. Beseda izhaja iz grških besed πιέζειν (piezein), kar pomeni "stisniti ali pritisniti" in ἤλεκτρον (ēlektron), kar pomeni "jantar", ki je bil starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektričnost sta leta 1880 odkrila francoska fizika Jacques in Pierre Curie. Temelji na linearni elektromehanski interakciji med mehanskimi in električnimi stanji kristalnih materialov z inverzijsko simetrijo. Ta učinek je reverzibilen, kar pomeni, da materiali, ki izkazujejo piezoelektričnost, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek, pri čemer je notranje ustvarjanje mehanske napetosti posledica uporabljenega električnega polja. Primeri materialov, ki ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko so deformirani iz svoje statične strukture, vključujejo kristale svinčevega cirkonat titanata. Nasprotno pa lahko kristali spremenijo svojo statično dimenzijo, ko se uporabi zunanje električno polje, kar je znano kot inverzni piezoelektrični učinek in se uporablja pri proizvodnji ultrazvočnih valov.

Piezoelektričnost je bila izkoriščena za različne uporabne aplikacije, kot so:

• Produkcija in detekcija zvoka
• Piezoelektrični brizgalni tisk
• Proizvodnja električne energije visoke napetosti
• Urni generator
• Elektronske naprave
• Mikrotehtnice
• Pogon ultrazvočnih šob
• Optični sklopi za ultrafino fokusiranje
• Tvori osnovo vrstičnih sondnih mikroskopov za ločevanje slik na ravni atomov
• Odvzemi v elektronsko ojačanih kitarah
• Sprožilci v sodobnih elektronskih bobnih
• Ustvarjanje isker za vžig plina v napravah za kuhanje in ogrevanje
• Svetilke in cigaretni vžigalniki

Piezoelektričnost najde tudi vsakodnevno uporabo v piroelektričnem učinku, ki je material, ki ustvarja električni potencial kot odziv na spremembo temperature. To sta preučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus sredi 18. stoletja, pri čemer sta se oprla na znanje Renéja Haüya in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehansko obremenitvijo in električnim nabojem. Vendar so se poskusi izkazali za nedokončne.

Ogled piezo kristala v Curiejevem kompenzatorju v muzeju Hunterian na Škotskem je prikaz neposrednega piezoelektričnega učinka. To je bilo delo bratov Pierra in Jacquesa Curieja, ki sta raziskala in definirala kristalne strukture, ki so pokazale piezoelektričnost, kar je doseglo vrhunec v objavi Woldemarja Voigta Lehrbuch der Kristallphysik (Učbenik kristalne fizike). To opisuje naravne kristalne razrede, ki so sposobni piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante s tenzorsko analizo, kar vodi do praktične uporabe piezoelektričnih naprav.

Sonar je bil razvit med prvo svetovno vojno, ko je Francoz Paul Langevin s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic. Ta detektor je bil sestavljen iz pretvornika iz tankih kvarčnih kristalov, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, in hidrofona za zaznavanje vrnjenega odmeva po oddajanju visokofrekvenčnega impulza iz pretvornika. Z merjenjem časa, ki je potreben, da zaslišijo odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, so lahko izračunali oddaljenost predmeta z uporabo piezoelektrike. Uspeh tega projekta je skozi desetletja ustvaril intenziven razvoj in zanimanje za piezoelektrične naprave, z raziskovanjem in razvojem novih piezoelektričnih materialov in novih aplikacij za te materiale. Piezoelektrične naprave so se uveljavile na številnih področjih, kot so keramične gramofonske kartuše, ki so poenostavile zasnovo predvajalnikov in omogočile cenejše in natančnejše gramofone ter cenejše in enostavnejše za izdelavo in vzdrževanje.

Razvoj ultrazvočnih pretvornikov je omogočil enostavno merjenje viskoznosti in elastičnosti tekočin in trdnih snovi, kar je povzročilo velik napredek pri raziskavah materialov. Ultrazvočni reflektometri v časovni domeni pošljejo ultrazvočni impulz v material in merijo odboje in prekinitve, da bi našli napake znotraj litih kovinskih in kamnitih predmetov, s čimer izboljšajo strukturno varnost. Po drugi svetovni vojni so neodvisne raziskovalne skupine v ZDA, Rusiji in na Japonskem odkrile nov razred sintetičnih materialov, imenovanih feroelektriki, ki so imeli piezoelektrične konstante večkrat višje od naravnih materialov. To je pripeljalo do intenzivnih raziskav za razvoj barijevega titanata in kasneje svinčevega cirkonat titanata, materialov s posebnimi lastnostmi za posebne aplikacije.

Pomemben primer uporabe piezoelektričnih kristalov je razvil Bell Telephone Laboratories po drugi svetovni vojni. Frederick R. Lack, zaposlen v oddelku za inženiring radijske telefonije,

Reverzibilni proces

Piezoelektričnost je električni naboj, ki se kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. To je odziv teh materialov na uporabljeno mehansko obremenitev. Beseda "piezoelektričnost" izhaja iz grških besed "piezein", ki pomeni "stisniti" ali "stiskati", in "ēlektron", ki pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični učinek je posledica linearne elektromehanske interakcije med mehanskimi in električnimi stanji kristalnih materialov z inverzijsko simetrijo. To je reverzibilen proces, kar pomeni, da imajo materiali, ki izkazujejo piezoelektričnost, tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Primeri materialov, ki ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, vključujejo kristale svinčevega cirkonat titanata. Ko se statična struktura teh kristalov deformira, se vrnejo v svojo prvotno dimenzijo in obratno, ko se uporabi zunanje električno polje, spremenijo svojo statično dimenzijo in proizvajajo ultrazvočne valove.

Francoska fizika Jacques in Pierre Curie sta leta 1880 odkrila piezoelektričnost. Od takrat jo izkoriščajo za številne uporabne aplikacije, vključno s proizvodnjo in detekcijo zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, proizvodnjo visokonapetostne elektrike, generatorji ure, elektronskimi napravami, mikrotehtnicami, itd. pogonske ultrazvočne šobe in optični sklopi za ultrafino fokusiranje. Prav tako tvori osnovo za skeniranje sond mikroskopov, ki lahko ločujejo slike na lestvici atomov. Piezoelektričnost se uporablja tudi v dvigalih za elektronsko ojačane kitare in sprožilcih za sodobne elektronske bobne.

Piezoelektričnost najde tudi vsakodnevno uporabo, kot je ustvarjanje isker za vžig plina v kuhalnih in grelnih napravah, baklah, cigaretnih vžigalnikih itd. Piroelektrični učinek, pri katerem material ustvari električni potencial kot odziv na temperaturno spremembo, so sredi 18. stoletja proučevali Carl Linnaeus, Franz Aepinus in René Haüy, pri čemer so se opirali na znanje o jantarju. Antoine César Becquerel je postavil povezavo med mehansko obremenitvijo in električnim nabojem, vendar so se poskusi izkazali za nedokončne.

Obiskovalci muzeja Hunterian v Glasgowu si lahko ogledajo piezokristalni Curiejev kompenzator, prikaz neposrednega piezoelektričnega učinka bratov Pierra in Jacquesa Curieja. Združevanje njihovega znanja o piroelektriki z razumevanjem osnovnih kristalnih struktur je privedlo do napovedi piroelektrike in sposobnosti napovedovanja obnašanja kristalov. To je bilo dokazano z učinkom kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev in kalijev tartrat tetrahidrat in kremen sta prav tako pokazala piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa je bil uporabljen za ustvarjanje napetosti, ko je deformiran. To spremembo oblike sta zakonca Curieja močno pretiravala, da sta napovedala obratni piezoelektrični učinek. Nasprotni učinek je Gabriel Lippmann leta 1881 matematično izpeljal iz temeljnih termodinamičnih načel.

Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in pridobila kvantitativni dokaz o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih. Desetletja je piezoelektrika ostala laboratorijska zanimivost, vendar je bila bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so kazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec z objavo Lehrbuch der Kristallphysik Woldemarja Voigta (Učbenik kristalne fizike). To opisuje razrede naravnih kristalov, ki so sposobni piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante z uporabo tenzorske analize.

Praktična uporaba piezoelektričnih naprav, kot je sonar, se je razvila med prvo svetovno vojno. V Franciji je Paul Langevin s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic. Ta detektor je bil sestavljen iz pretvornika iz tankih kristalov kremena, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, in hidrofona za zaznavanje vrnjenega odmeva. Z oddajanjem visokofrekvenčnega impulza iz pretvornika in merjenjem časa, ki je potreben, da zaslišijo odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, so lahko izračunali oddaljenost predmeta. Za uspeh tega sonarja so uporabili piezoelektričnost. Ta projekt je ustvaril intenziven razvoj in zanimanje za piezoelektrične naprave, skozi desetletja pa so raziskovali in razvijali nove piezoelektrične materiale in nove aplikacije za te materiale. Piezoelektrične naprave

Kaj povzroča piezoelektričnost?

V tem razdelku bom raziskoval izvor piezoelektričnosti in različne materiale, ki kažejo ta pojav. Ogledal si bom grško besedo "piezein", starodavni vir električnega naboja in učinek piroelektričnosti. Razpravljal bom tudi o odkritjih Pierra in Jacquesa Curieja ter razvoju piezoelektričnih naprav v 20. stoletju.

Grška beseda Piezein

Piezoelektričnost je kopičenje električnega naboja v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. To je posledica odziva teh materialov na uporabljeno mehansko obremenitev. Beseda piezoelektričnost izhaja iz grške besede "piezein", kar pomeni "stisniti ali pritisniti", in "ēlektron", kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični učinek je posledica linearne elektromehanske interakcije med mehanskimi in električnimi stanji kristalnih materialov z inverzijsko simetrijo. To je reverzibilen proces, kar pomeni, da materiali, ki kažejo piezoelektričnost, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Na primer, kristali svinčevega cirkonat titanata ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno pa lahko kristali spremenijo svojo statično dimenzijo, ko se uporabi zunanje električno polje, kar je znano kot inverzni piezoelektrični učinek in je proizvodnja ultrazvočnih valov.

Francoska fizika Jacques in Pierre Curie sta leta 1880 odkrila piezoelektričnost. Piezoelektrični učinek je bil izkoriščen za številne uporabne aplikacije, vključno s proizvodnjo in detekcijo zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, proizvodnjo visokonapetostne električne energije, generatorji ur in elektronskimi napravami, kot so mikrotehtnice. , pogon ultrazvočnih šob in optičnih sklopov za ultrafino fokusiranje. Prav tako tvori osnovo skenirajočih sondnih mikroskopov, ki lahko ločujejo slike na ravni atomov. Piezoelektričnost se uporablja tudi v dvigalih za elektronsko ojačane kitare in sprožilcih za sodobne elektronske bobne.

Piezoelektričnost najde vsakodnevno uporabo, kot je ustvarjanje isker za vžig plina v napravah za kuhanje in ogrevanje, baklah, cigaretnih vžigalnikih itd. Piroelektrični učinek, ki je ustvarjanje električnega potenciala kot odziv na temperaturno spremembo, sta sredi 18. stoletja proučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus, pri čemer sta se oprla na znanje Renéja Haüya in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehanske obremenitve in električni naboj. Poskusi so se izkazali za nedokončne.

V muzeju na Škotskem si lahko obiskovalci ogledajo piezokristalni Curiejev kompenzator, prikaz neposrednega piezoelektričnega učinka bratov Pierra in Jacquesa Curieja. Združevanje njihovega znanja o piroelektričnosti z razumevanjem osnovnih kristalnih struktur je privedlo do napovedi piroelektrike in sposobnosti napovedovanja obnašanja kristalov. To je bilo dokazano z učinkom kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev kalijev tartrat tetrahidrat in kremen iz Rochelle soli sta pokazala piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa ob deformaciji ustvarja napetost. Ta sprememba oblike je močno pretirana v predstavitvi zakoncev Curie.

Zakonca Curi sta nato pridobila kvantitativni dokaz o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih. Desetletja je piezoelektrika ostajala laboratorijska radovednost, dokler ni postala bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so kazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec z objavo Lehrbuch der Kristallphysik Woldemarja Voigta (Učbenik kristalne fizike). To opisuje naravne kristalne razrede, ki so sposobni piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante s tenzorsko analizo.

Ta praktična uporaba piezoelektrike je pripeljala do razvoja sonarja med prvo svetovno vojno. V Franciji je Paul Langevin s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic. Detektor je bil sestavljen iz pretvornika iz tankih kristalov kremena, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, imenovanega hidrofon, za zaznavanje vrnjenega odmeva po oddajanju visokofrekvenčnega impulza. Pretvornik je izmeril čas, potreben, da je zaslišal odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, da bi izračunal oddaljenost predmeta. Uporaba piezoelektrike v sonarju je bila uspešna, projekt pa je desetletja povzročil intenziven razvoj in zanimanje za piezoelektrične naprave.

Raziskani in razviti so bili novi piezoelektrični materiali in nove aplikacije za te materiale, piezoelektrične naprave pa so se uveljavile na številnih področjih, kot so keramične gramofonske kartuše, ki so poenostavile zasnovo predvajalnika in omogočile cenejše, natančnejše gramofone, ki so bili cenejši za vzdrževanje in lažji. zgraditi. Razvoj

Starodavni vir električnega naboja

Piezoelektričnost je električni naboj, ki se kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. Nastane zaradi odziva materiala na uporabljeno mehansko obremenitev. Beseda "piezoelektričnost" izhaja iz grške besede "piezein", kar pomeni "stisniti ali pritisniti", in besede "elektron", ki pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični učinek je posledica linearne elektromehanske interakcije med mehanskimi in električnimi stanji kristalnih materialov z inverzijsko simetrijo. To je reverzibilen proces, kar pomeni, da materiali, ki kažejo piezoelektričnost, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Na primer, kristali svinčevega cirkonat titanata ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno, ko se uporabi zunanje električno polje, kristali spremenijo svojo statično dimenzijo v inverznem piezoelektričnem učinku, ki proizvaja ultrazvočne valove.

Piezoelektrični učinek sta leta 1880 odkrila francoska fizika Jacques in Pierre Curie. Izkoriščajo ga za različne uporabne aplikacije, vključno s proizvodnjo in zaznavanjem zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, ustvarjanjem visokonapetostne električne energije, generatorji ure in elektronskimi napravami, kot so mikrotehtnice in pogonske ultrazvočne šobe za ultrafino fokusiranje optičnih sklopov. Prav tako tvori osnovo za skeniranje sond mikroskopov, ki se uporabljajo za ločevanje slik na lestvici atomov. Piezoelektričnost se uporablja tudi v dvigalih za elektronsko ojačane kitare in sprožilcih za sodobne elektronske bobne.

Piezoelektričnost najde vsakodnevno uporabo pri ustvarjanju isker za vžig plina v kuhalnih in grelnih napravah, baklah, cigaretnih vžigalnikih itd. Piroelektrični učinek, ki je proizvodnja električnega potenciala kot odziv na temperaturno spremembo, sta preučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus sredi 18. stoletja, opirajoč se na znanje Renéja Haüya in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehanskimi stres in električni naboj. Vendar so se njihovi poskusi izkazali za neuspešne.

Pogled na piezo kristal in Curiejev kompenzator v muzeju Hunterian na Škotskem prikazuje neposredni piezoelektrični učinek. To je bilo delo bratov Pierra in Jacquesa Curieja, ki sta raziskala in definirala kristalne strukture, ki so pokazale piezoelektričnost, kar je doseglo vrhunec v objavi Woldemarja Voigta Lehrbuch der Kristallphysik (Učbenik kristalne fizike). To opisuje naravne kristalne razrede, ki so sposobni piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante s tenzorsko analizo, kar omogoča praktično uporabo piezoelektričnih naprav.

Sonar je med prvo svetovno vojno razvil Francoz Paul Langevin s sodelavci, ki so razvili ultrazvočni detektor podmornic. Detektor je bil sestavljen iz pretvornika iz tankih kristalov kremena, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, in hidrofona za zaznavanje vrnjenega odmeva. Z oddajanjem visokofrekvenčnega impulza iz pretvornika in merjenjem časa, ki je potreben, da zaslišijo odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, so lahko izračunali razdaljo do predmeta. Za uspeh tega sonarja so uporabili piezoelektričnost. Projekt je desetletja povzročil intenziven razvoj in zanimanje za piezoelektrične naprave.

Piroelektričnost

Piezoelektričnost je sposobnost nekaterih materialov, da kopičijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. Je linearna elektromehanska interakcija med mehanskimi in električnimi stanji kristalnih materialov z inverzijsko simetrijo. Beseda "piezoelektričnost" izhaja iz grške besede "piezein", kar pomeni "stiskati ali pritisniti", in grške besede "ēlektron", ki pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični učinek sta leta 1880 odkrila francoska fizika Jacques in Pierre Curie. Gre za reverzibilen proces, kar pomeni, da materiali, ki kažejo piezoelektrični učinek, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Primeri materialov, ki ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, vključujejo kristale svinčevega cirkonat titanata. Ko se statična konstrukcija deformira, se vrne v prvotno dimenzijo. Nasprotno, ko se uporabi zunanje električno polje, nastane inverzni piezoelektrični učinek, kar ima za posledico proizvodnjo ultrazvočnih valov.

Piezoelektrični učinek se izkorišča za številne uporabne aplikacije, vključno s proizvodnjo in detekcijo zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, ustvarjanjem visokonapetostne električne energije, generatorji ure in elektronskimi napravami, kot so mikrotehtnice, pogonske ultrazvočne šobe in optični sklopi za ultrafino fokusiranje. Je tudi osnova za vrstične sondne mikroskope, ki se uporabljajo za ločevanje slik na lestvici atomov. Piezoelektričnost se uporablja tudi v dvigalih za elektronsko ojačene kitare in sprožilcih za sodobne elektronske bobne.

Piezoelektričnost najde vsakodnevno uporabo, kot je ustvarjanje isker za vžig plina v napravah za kuhanje in ogrevanje, baklah, cigaretnih vžigalnikih itd. Piroelektrični učinek, ki je proizvodnja električnega potenciala kot odziv na temperaturno spremembo, sta sredi 18. stoletja proučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus, pri čemer sta se oprla na znanje Renéja Haüya in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehansko napetostjo in električnim nabojem. Vendar so se poskusi izkazali za nedokončne.

Pogled na piezo kristal v muzeju Curie Compensator na Škotskem je prikaz neposrednega piezoelektričnega učinka. Brata Pierre in Jacques Curie sta združila svoje znanje o piroelektriki in svoje razumevanje osnovnih kristalnih struktur, da sta spodbudila razumevanje piroelektrike in napovedala obnašanje kristala. To se je pokazalo pri učinku kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Ugotovljeno je bilo, da natrijev kalijev tartrat tetrahidrat in kremen kažeta piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa je bil uporabljen za ustvarjanje napetosti, ko je deformiran. Zakonca Curi sta to močno pretiravala, da sta napovedala obratni piezoelektrični učinek. Nasprotni učinek je leta 1881 Gabriel Lippmann matematično izpeljal s temeljnimi termodinamičnimi načeli.

Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in pridobila kvantitativni dokaz o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih. V desetletjih, ki so sledila, je piezoelektrika ostala laboratorijska radovednost, dokler ni postala bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so kazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec z objavo Lehrbuch der Kristallphysik Woldemarja Voigta (Učbenik kristalne fizike).

Razvoj sonarjev je bil uspešen, projekt pa je povzročil intenziven razvoj in zanimanje za piezoelektrične naprave. V desetletjih, ki so sledila, so bili raziskani in razviti novi piezoelektrični materiali in nove uporabe teh materialov. Piezoelektrične naprave so se uveljavile na številnih področjih, kot so keramične gramofonske kartuše, ki so poenostavile zasnovo predvajalnika in omogočile cenejše, natančnejše gramofone, ki so bili cenejši za vzdrževanje in lažji za izdelavo. Razvoj ultrazvočnih pretvornikov je omogočil preprosto merjenje viskoznosti in elastičnosti tekočin in trdnih snovi, kar je povzročilo velik napredek pri raziskavah materialov. Ultrazvočni reflektometri v časovni domeni pošljejo ultrazvočni impulz v material in merijo odboje in prekinitve, da bi našli napake znotraj litih kovinskih in kamnitih predmetov, s čimer izboljšajo strukturno varnost.

Po drugi svetovni vojni so neodvisne raziskovalne skupine v ZDA, Rusiji in na Japonskem odkrile nov razred sintetičnih materialov, imenovanih feroelektriki, ki so kazali piezoelektrične konstante, ki so bile

Piezoelektrični materiali

V tem razdelku bom razpravljal o materialih, ki kažejo piezoelektrični učinek, kar je sposobnost nekaterih materialov, da kopičijo električni naboj kot odziv na uporabljeno mehansko obremenitev. Gledal bom kristale, keramiko, biološko snov, kosti, DNK in beljakovine ter kako se vsi odzivajo na piezoelektrični učinek.

kristali

Piezoelektričnost je sposobnost nekaterih materialov, da kopičijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. Beseda piezoelektričnost izhaja iz grških besed πιέζειν (piezein), ki pomeni "stisniti" ali "stiskati" in ἤλεκτρον (ēlektron), kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja. Piezoelektrični materiali vključujejo kristale, keramiko, biološke snovi, kosti, DNK in beljakovine.

Piezoelektričnost je linearna elektromehanska interakcija med mehanskimi in električnimi stanji v kristalnih materialih z inverzijsko simetrijo. Ta učinek je reverzibilen, kar pomeni, da imajo materiali, ki kažejo piezoelektričnost, tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Primeri materialov, ki ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, vključujejo kristale svinčevega cirkonat titanata, ki se lahko deformirajo na prvotno dimenzijo ali obratno spremenijo svojo statično dimenzijo, ko se uporabi zunanje električno polje. To je znano kot inverzni piezoelektrični učinek in se uporablja za ustvarjanje ultrazvočnih valov.

Francoska fizika Jacques in Pierre Curie sta leta 1880 odkrila piezoelektričnost. Piezoelektrični učinek so izkoriščali za številne uporabne aplikacije, vključno s proizvodnjo in zaznavanjem zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, ustvarjanjem visokonapetostne elektrike, generatorji ure in elektronskimi napravami, kot so kot mikrotehtnice, pogonske ultrazvočne šobe in optični sklopi za ultrafino fokusiranje. Prav tako tvori osnovo za skeniranje sond mikroskopov, ki se uporabljajo za ločevanje slik na lestvici atomov. Piezoelektrični pickupi se uporabljajo tudi v elektronsko ojačenih kitarah in sprožilcih v sodobnih elektronskih bobnih.

Piezoelektričnost najde vsakodnevno uporabo pri ustvarjanju isker za vžig plina v kuhalnih in grelnih napravah, pa tudi v baklah in cigaretnih vžigalnikih. Piroelektrični učinek, ki je ustvarjanje električnega potenciala kot odziv na temperaturno spremembo, sta preučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus sredi 18. stoletja, pri čemer sta se oprla na znanje Renéja Haüya in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehanskimi stres in električni naboj. Poskusi za dokazovanje te teorije niso bili prepričljivi.

Pogled na piezo kristal v Curiejevem kompenzatorju v muzeju Hunterian na Škotskem je prikaz neposrednega piezoelektričnega učinka. Brata Pierre in Jacques Curie sta svoje znanje o piroelektriki združila z razumevanjem osnovnih kristalnih struktur, da sta spodbudila napovedovanje piroelektrike. Lahko so predvideli obnašanje kristalov in pokazali učinek v kristalih, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev kalijev tartrat tetrahidrat in kremen sta prav tako pokazala piezoelektričnost. Piezoelektrični disk ustvarja napetost, ko je deformiran; sprememba oblike je močno pretirana v predstavitvi zakoncev Curie.

Prav tako so lahko napovedali obratni piezoelektrični učinek in matematično izpeljali temeljna termodinamična načela za njim. Gabriel Lippmann je to storil leta 1881. Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in nato pridobila kvantitativne dokaze o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih.

Desetletja je piezoelektrika ostala laboratorijska zanimivost, vendar je bila bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so pokazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec v objavi Woldemarja Voigta Lehrbuch der Kristallphysik (Učbenik kristalne fizike), ki opisuje naravne kristalne razrede, ki so sposobni piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante z uporabo tenzorske analize.

Praktična uporaba piezoelektričnih naprav v sonarju se je razvila med prvo svetovno vojno. V Franciji je Paul Langevin s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic. Ta detektor je bil sestavljen iz pretvornika iz tankih kvarčnih kristalov, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, imenovanega hidrofon, za zaznavanje vrnjenega odmeva po oddajanju visokofrekvenčnega impulza. Z merjenjem časa, ki je potreben, da slišijo odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, so lahko izračunali razdaljo do predmeta. Ta uporaba piezoelektrike v sonarju je bila uspešna, projekt pa je skozi desetletja ustvaril intenziven razvoj in zanimanje za piezoelektrične naprave.

Keramika

Piezoelektrični materiali so trdne snovi, ki kopičijo električni naboj kot odziv na uporabljeno mehansko obremenitev. Piezoelektričnost izhaja iz grških besed πιέζειν (piezein), ki pomeni "stisniti" ali "stiskati" in ἤλεκτρον (ēlektron), kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja. Piezoelektrični materiali se uporabljajo v različnih aplikacijah, vključno s proizvodnjo in zaznavanjem zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem in proizvodnjo visokonapetostne električne energije.

Piezoelektrične materiale najdemo v kristalih, keramiki, bioloških snoveh, kosteh, DNK in beljakovinah. Keramika je najpogostejši piezoelektrični material, ki se uporablja v vsakdanji uporabi. Keramika je izdelana iz kombinacije kovinskih oksidov, kot je svinčev cirkonat titanat (PZT), ki se segrejejo na visoke temperature, da tvorijo trdno snov. Keramika je zelo trpežna in lahko prenese ekstremne temperature in pritiske.

Piezoelektrična keramika ima različne uporabe, vključno z:

• Ustvarjanje isker za vžig plina za kuhanje in grelne naprave, kot so bakle in cigaretni vžigalniki.
• Ustvarjanje ultrazvočnih valov za medicinsko slikanje.
• Ustvarjanje visokonapetostne električne energije za generatorje ur in elektronske naprave.
• Ustvarjanje mikrotehtnic za uporabo pri natančnem tehtanju.
• Pogonske ultrazvočne šobe za ultrafino fokusiranje optičnih sklopov.
• Oblikovanje osnove za vrstične sondne mikroskope, ki lahko ločujejo slike na lestvici atomov.
• Odvzemi za elektronsko ojačane kitare in sprožilci za sodobne elektronske bobne.

Piezoelektrična keramika se uporablja v številnih aplikacijah, od potrošniške elektronike do medicinskega slikanja. So zelo vzdržljivi in ​​lahko prenesejo ekstremne temperature in pritiske, zaradi česar so idealni za uporabo v različnih panogah.

Biološka snov

Piezoelektričnost je sposobnost nekaterih materialov, da kopičijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. Izhaja iz grške besede "piezein", kar pomeni "stisniti ali pritisniti", in "ēlektron", kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Biološke snovi, kot so kosti, DNK in beljakovine, so med materiali, ki kažejo piezoelektričnost. Ta učinek je reverzibilen, kar pomeni, da materiali, ki izkazujejo piezoelektričnost, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Primeri teh materialov vključujejo kristale svinčevega cirkonat titanata, ki ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno, ko je uporabljeno zunanje električno polje, kristali spremenijo svojo statično dimenzijo in proizvajajo ultrazvočne valove z inverznim piezoelektričnim učinkom.

Piezoelektričnost sta leta 1880 odkrila francoska fizika Jacques in Pierre Curie. Od takrat se uporablja za številne uporabne namene, kot so:

• Produkcija in detekcija zvoka
• Piezoelektrični brizgalni tisk
• Proizvodnja električne energije visoke napetosti
• Urni generator
• Elektronske naprave
• Mikrotehtnice
• Pogon ultrazvočnih šob
• Optični sklopi za ultrafino fokusiranje
• Tvori osnovo vrstičnih sondnih mikroskopov
• Loči slike na ravni atomov
• Odvzemi v elektronsko ojačanih kitarah
• Sprožilci v sodobnih elektronskih bobnih

Piezoelektričnost se uporablja tudi v vsakdanjih predmetih, kot so plinske kuhalne in grelne naprave, bakle, cigaretni vžigalniki itd. Piroelektrični učinek, ki je proizvodnja električnega potenciala kot odziv na temperaturno spremembo, sta preučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus sredi 18. stoletja. Na podlagi znanja Renéja Haüya in Antoina Césarja Becquerela so postavili razmerje med mehansko obremenitvijo in električnim nabojem, vendar so se njihovi poskusi izkazali za nedokončne.

Pogled na piezo kristal v Curiejevem kompenzatorju v muzeju Hunterian na Škotskem je prikaz neposrednega piezoelektričnega učinka. Brata Pierre in Jacques Curie sta združila svoje znanje o piroelektriki in svoje razumevanje osnovnih kristalnih struktur, da sta spodbudila napovedovanje piroelektrike in napovedovanje obnašanja kristala. To je bilo dokazano z učinkom kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev in kalijev tartrat tetrahidrat in kremen sta prav tako pokazala piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa je bil uporabljen za ustvarjanje napetosti, ko je deformiran. Zakonca Curi sta ta učinek močno pretiravala, da sta napovedala obratni piezoelektrični učinek. Nasprotni učinek je Gabriel Lippmann leta 1881 matematično izpeljal iz temeljnih termodinamičnih načel.

Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in pridobila kvantitativni dokaz o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih. Desetletja je piezoelektrika ostajala laboratorijska radovednost, dokler ni postala bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so kazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec z objavo »Lehrbuch der Kristallphysik« Woldemarja Voigta (Učbenik kristalne fizike).

Bone

Piezoelektričnost je sposobnost nekaterih materialov, da kopičijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. Kost je eden takih materialov, ki izkazuje ta pojav.

Kost je vrsta biološke snovi, ki je sestavljena iz beljakovin in mineralov, vključno s kolagenom, kalcijem in fosforjem. Je najbolj piezoelektričen od vseh bioloških materialov in je sposoben ustvariti napetost, ko je izpostavljen mehanskim obremenitvam.

Piezoelektrični učinek v kosti je posledica njene edinstvene strukture. Sestavljen je iz mreže kolagenskih vlaken, ki so vdelana v matrico mineralov. Ko je kost izpostavljena mehanskim obremenitvam, se kolagenska vlakna premaknejo, kar povzroči, da se minerali polarizirajo in ustvarijo električni naboj.

Piezoelektrični učinek v kosteh ima številne praktične uporabe. Uporablja se pri medicinskem slikanju, kot sta ultrazvok in rentgensko slikanje, za odkrivanje zlomov kosti in drugih nepravilnosti. Uporablja se tudi v slušnih aparatih za kostno prevodnost, ki uporabljajo piezoelektrični učinek za pretvorbo zvočnih valov v električne signale, ki se pošljejo neposredno v notranje uho.

Piezoelektrični učinek v kosteh se uporablja tudi pri ortopedskih vsadkih, kot so umetni sklepi in protetične okončine. Vsadki uporabljajo piezoelektrični učinek za pretvorbo mehanske energije v električno energijo, ki se nato uporablja za napajanje naprave.

Poleg tega se piezoelektrični učinek v kosteh raziskuje za uporabo pri razvoju novih medicinskih zdravljenj. Raziskovalci na primer raziskujejo uporabo piezoelektrike za spodbujanje rasti kosti in popravilo poškodovanega tkiva.

Na splošno je piezoelektrični učinek v kosteh fascinanten pojav s široko paleto praktičnih aplikacij. Uporablja se v različnih medicinskih in tehnoloških aplikacijah in se raziskuje za uporabo pri razvoju novih zdravljenj.

DNA

Piezoelektričnost je sposobnost nekaterih materialov, da kopičijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. DNK je eden takih materialov, ki izkazuje ta učinek. DNK je biološka molekula, ki jo najdemo v vseh živih organizmih in je sestavljena iz štirih nukleotidnih baz: adenin (A), gvanin (G), citozin (C) in timin (T).

DNK je kompleksna molekula, ki jo je mogoče uporabiti za ustvarjanje električnega naboja, če je izpostavljena mehanskim obremenitvam. To je posledica dejstva, da so molekule DNK sestavljene iz dveh verig nukleotidov, ki jih skupaj držijo vodikove vezi. Ko se te vezi prekinejo, nastane električni naboj.

Piezoelektrični učinek DNK je bil uporabljen v različnih aplikacijah, vključno z:

• Pridobivanje električne energije za medicinske vsadke
• Zaznavanje in merjenje mehanskih sil v celicah
• Razvoj nanometrskih senzorjev
• Izdelava biosenzorjev za sekvenciranje DNA
• Ustvarjanje ultrazvočnih valov za slikanje

Piezoelektrični učinek DNK se raziskuje tudi zaradi njegove potencialne uporabe pri razvoju novih materialov, kot so nanožice in nanocevke. Ti materiali bi se lahko uporabljali za različne namene, vključno s shranjevanjem energije in zaznavanjem.

Piezoelektrični učinek DNK je bil obširno raziskan in ugotovljeno je bilo, da je zelo občutljiv na mehanske obremenitve. Zaradi tega je dragoceno orodje za raziskovalce in inženirje, ki želijo razviti nove materiale in tehnologije.

Skratka, DNK je material, ki kaže piezoelektrični učinek, kar je sposobnost kopičenja električnega naboja kot odziv na uporabljeno mehansko obremenitev. Ta učinek je bil uporabljen v različnih aplikacijah, vključno z medicinskimi vsadki, nanometrskimi senzorji in sekvenciranjem DNK. Raziskuje se tudi njegova potencialna uporaba pri razvoju novih materialov, kot so nanožice in nanocevke.

Beljakovine

Piezoelektričnost je sposobnost nekaterih materialov, da kopičijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. Piezoelektrični materiali, kot so proteini, kristali, keramika in biološke snovi, kot so kosti in DNK, kažejo ta učinek. Zlasti proteini so edinstven piezoelektrični material, saj so sestavljeni iz kompleksne strukture aminokislin, ki jih je mogoče deformirati, da ustvarijo električni naboj.

Beljakovine so najpogostejši tip piezoelektričnega materiala in jih najdemo v različnih oblikah. Najdemo jih v obliki encimov, hormonov in protiteles, pa tudi v obliki strukturnih proteinov, kot sta kolagen in keratin. Beljakovine najdemo tudi v obliki mišičnih beljakovin, ki so odgovorne za krčenje in sproščanje mišic.

Piezoelektrični učinek beljakovin je posledica dejstva, da so sestavljene iz kompleksne strukture aminokislin. Ko se te aminokisline deformirajo, ustvarijo električni naboj. Ta električni naboj se nato lahko uporabi za napajanje različnih naprav, kot so senzorji in aktuatorji.

Proteini se uporabljajo tudi v različnih medicinskih aplikacijah. Uporabljajo se na primer za ugotavljanje prisotnosti določenih beljakovin v telesu, s pomočjo katerih lahko diagnosticiramo bolezni. Uporabljajo se tudi za odkrivanje prisotnosti določenih bakterij in virusov, ki se lahko uporabljajo za diagnosticiranje okužb.

Proteini se uporabljajo tudi v različnih industrijskih aplikacijah. Uporabljajo se na primer za izdelavo senzorjev in aktuatorjev za različne industrijske procese. Uporabljajo se tudi za izdelavo materialov, ki se lahko uporabljajo pri izdelavi letal in drugih vozil.

Skratka, proteini so edinstven piezoelektrični material, ki se lahko uporablja v različnih aplikacijah. Sestavljeni so iz kompleksne strukture aminokislin, ki jih je mogoče deformirati, da ustvarijo električni naboj, in se uporabljajo v različnih medicinskih in industrijskih aplikacijah.

Pridobivanje energije s piezoelektričnostjo

V tem razdelku bom razpravljal o tem, kako je mogoče uporabiti piezoelektričnost za pridobivanje energije. Ogledal si bom različne aplikacije piezoelektrike, od piezoelektričnega brizgalnega tiska do generatorjev ure in mikrotehtnic. Raziskoval bom tudi zgodovino piezoelektrike, od odkritja Pierra Curieja do uporabe v drugi svetovni vojni. Nazadnje bom razpravljal o trenutnem stanju piezoelektrične industrije in možnostih za nadaljnjo rast.

Piezoelektrično brizgalno tiskanje

Piezoelektričnost je sposobnost določenih materialov, da ustvarijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. Beseda "piezoelektričnost" izhaja iz grških besed "piezein" (stisniti ali pritisniti) in "elektron" (jantar), starodavni vir električnega naboja. Piezoelektrični materiali, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot so kosti in DNK, se uporabljajo v različnih aplikacijah.

Piezoelektrika se uporablja za ustvarjanje visokonapetostne električne energije, kot generator ure, v elektronskih napravah in v mikrotehtnicah. Uporablja se tudi za pogon ultrazvočnih šob in optičnih sklopov za ultrafino fokusiranje. Piezoelektrično brizgalno tiskanje je priljubljena uporaba te tehnologije. To je vrsta tiskanja, ki uporablja piezoelektrične kristale za ustvarjanje visokofrekvenčnih vibracij, ki se uporabljajo za izmet kapljic črnila na stran.

Odkritje piezoelektrike sega v leto 1880, ko sta francoska fizika Jacques in Pierre Curie odkrila učinek. Od takrat se piezoelektrični učinek izkorišča za različne uporabne namene. Piezoelektričnost se uporablja v vsakdanjih predmetih, kot so plinske kuhalne in grelne naprave, bakle, cigaretni vžigalniki in dvigala v elektronsko ojačenih kitarah ter sprožilci v sodobnih elektronskih bobnih.

Piezoelektričnost se uporablja tudi v znanstvenih raziskavah. Je osnova za skenirajoče sondne mikroskope, ki se uporabljajo za ločevanje slik na lestvici atomov. Uporablja se tudi v ultrazvočnih reflektometrih časovne domene, ki pošiljajo ultrazvočne impulze v material in merijo odboje za odkrivanje prekinitev in odkrivanje napak v litih kovinskih in kamnitih predmetih.

Razvoj piezoelektričnih naprav in materialov je vodila potreba po boljši učinkovitosti in lažjih proizvodnih procesih. V Združenih državah je bil razvoj kvarčnih kristalov za komercialno uporabo glavni dejavnik pri rasti piezoelektrične industrije. V nasprotju s tem so japonski proizvajalci lahko hitro izmenjevali informacije in razvijali nove aplikacije, kar je vodilo do hitre rasti japonskega trga.

Piezoelektrika je spremenila način porabe energije, od vsakdanjih predmetov, kot so vžigalniki, do naprednih znanstvenih raziskav. To je vsestranska tehnologija, ki nam je omogočila raziskovanje in razvoj novih materialov in aplikacij, in bo še naprej pomemben del naših življenj v prihodnjih letih.

Proizvodnja visokonapetostne električne energije

Piezoelektričnost je sposobnost določenih trdnih materialov, da kopičijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. Beseda "piezoelektričnost" izhaja iz grških besed "piezein", ki pomeni "stisniti" ali "stiskati", in "ēlektron", ki pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja. Piezoelektričnost je linearna elektromehanska interakcija med mehanskimi in električnimi stanji v kristalnih materialih z inverzijsko simetrijo.

Piezoelektrični učinek je reverzibilen proces; materiali, ki kažejo piezoelektričnost, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek, notranjo generacijo mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Na primer, kristali svinčevega cirkonat titanata ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno pa lahko kristali spremenijo svojo statično dimenzijo, ko se uporabi zunanje električno polje, pojav, znan kot inverzni piezoelektrični učinek, ki se uporablja pri proizvodnji ultrazvočnih valov.

Piezoelektrični učinek se uporablja v različnih aplikacijah, vključno s proizvodnjo visokonapetostne električne energije. Piezoelektrični materiali se uporabljajo pri proizvodnji in detekciji zvoka, v piezoelektričnem brizgalnem tiskanju, v generatorjih ure, v elektronskih napravah, v mikrotehtnicah, v pogonskih ultrazvočnih šobah in v optičnih sklopih za ultrafino fokusiranje.

Piezoelektričnost se uporablja tudi v vsakodnevnih aplikacijah, kot je ustvarjanje isker za vžig plina v kuhalnih in grelnih napravah, v baklah, cigaretnih vžigalnikih in materialih s piroelektričnim učinkom, ki ustvarjajo električni potencial kot odziv na temperaturno spremembo. Ta učinek sta preučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus sredi 18. stoletja, pri čemer sta se oprla na znanje Renéja Haüya in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehansko obremenitvijo in električnim nabojem, čeprav so se njuni poskusi izkazali za nedokončne.

Kombinirano znanje o piroelektriki in razumevanje osnovnih kristalnih struktur je privedlo do napovedi piroelektrike in sposobnosti napovedovanja obnašanja kristalov. To je bilo dokazano z učinkom kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev kalijev tartrat tetrahidrat in kremen sta prav tako pokazala piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa je bil uporabljen za ustvarjanje napetosti, ko je deformiran. To je bilo močno pretirano v Curiesjevi predstavitvi neposrednega piezoelektričnega učinka.

Brata Pierre in Jacques Curie sta nato pridobila kvantitativni dokaz o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih. Desetletja je piezoelektrika ostala laboratorijska zanimivost, vendar je bila bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so pokazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec v objavi Woldemarja Voigta Lehrbuch der Kristallphysik (Učbenik kristalne fizike), ki opisuje naravne kristalne razrede, ki so sposobni piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante z uporabo tenzorske analize.

Praktična uporaba piezoelektričnih naprav se je začela z razvojem sonarja med prvo svetovno vojno. V Franciji je Paul Langevin s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic. Detektor je bil sestavljen iz pretvornika iz tankih kristalov kremena, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, in hidrofona za zaznavanje vrnjenega odmeva. Z oddajanjem visokofrekvenčnega impulza iz pretvornika in merjenjem časa, ki je potreben, da zaslišijo odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, so lahko izračunali oddaljenost predmeta. Za uspeh sonarja so uporabili piezoelektričnost, projekt pa je v naslednjih desetletjih povzročil intenziven razvoj in zanimanje za piezoelektrične naprave.

Raziskani in razviti so bili novi piezoelektrični materiali in nove aplikacije teh materialov. Piezoelektrične naprave so našle domove na različnih področjih, kot so keramične gramofonske kartuše, ki so poenostavile zasnovo predvajalnika in omogočile cenejše, natančnejše gramofone, ki so bili cenejši za vzdrževanje in lažji za izdelavo. Razvoj ultrazvočnih pretvornikov je omogočil preprosto merjenje viskoznosti in elastičnosti tekočin in trdnih snovi, kar je povzročilo velik napredek pri raziskavah materialov. Ultrazvočni reflektometri v časovni domeni pošljejo ultrazvočni impulz v material in merijo odboje in prekinitve, da bi našli napake znotraj litih kovinskih in kamnitih predmetov, s čimer izboljšajo strukturno varnost.

V drugi svetovni vojni so neodvisne raziskovalne skupine v ZDA, Rusiji in na Japonskem odkrile nov razred sintetičnih materialov, imenovanih fer.

Generator ure

Piezoelektričnost je sposobnost nekaterih materialov, da kopičijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. Ta pojav je bil uporabljen za ustvarjanje številnih uporabnih aplikacij, vključno z generatorji takta. Urni generatorji so naprave, ki uporabljajo piezoelektričnost za ustvarjanje električnih signalov z natančnim časovnim razporedom.

Generatorji ure se uporabljajo v različnih aplikacijah, na primer v računalnikih, telekomunikacijah in avtomobilskih sistemih. Uporabljajo se tudi v medicinskih napravah, kot so srčni spodbujevalniki, da zagotovijo natančno časovno razporeditev električnih signalov. Urni generatorji se uporabljajo tudi v industrijski avtomatizaciji in robotiki, kjer je natančno merjenje časa bistveno.

Piezoelektrični učinek temelji na linearni elektromehanski interakciji med mehanskimi in električnimi stanji v kristalnih materialih z inverzijsko simetrijo. Ta učinek je reverzibilen, kar pomeni, da lahko materiali, ki kažejo piezoelektričnost, povzročijo tudi mehansko obremenitev, ko se uporabi električno polje. To je znano kot inverzni piezoelektrični učinek in se uporablja za ustvarjanje ultrazvočnih valov.

Urni generatorji uporabljajo ta inverzni piezoelektrični učinek za ustvarjanje električnih signalov z natančnim časovnim razporedom. Piezoelektrični material se deformira z električnim poljem, ki povzroči, da vibrira na določeni frekvenci. Ta vibracija se nato pretvori v električni signal, ki se uporablja za ustvarjanje natančnega časovnega signala.

Urni generatorji se uporabljajo v različnih aplikacijah, od medicinskih naprav do industrijske avtomatizacije. So zanesljivi, natančni in enostavni za uporabo, zaradi česar so priljubljena izbira za številne aplikacije. Piezoelektrika je pomemben del sodobne tehnologije in taktni generatorji so le ena od mnogih aplikacij tega pojava.

Elektronske naprave

Piezoelektričnost je sposobnost določenih trdnih materialov, da kopičijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. Ta pojav, znan kot piezoelektrični učinek, se uporablja v različnih elektronskih napravah, od dvigal v elektronsko ojačenih kitarah do sprožilcev v sodobnih elektronskih bobnih.

Piezoelektričnost izhaja iz grških besed πιέζειν (piezein), ki pomeni "stisniti" ali "pritisniti" in ἤλεκτρον (ēlektron), kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja. Piezoelektrični materiali so kristali, keramika in biološke snovi, kot so kosti in proteini DNA, ki kažejo piezoelektrični učinek.

Piezoelektrični učinek je linearna elektromehanska interakcija med mehanskimi in električnimi stanji v kristalnih materialih z inverzijsko simetrijo. To je reverzibilen proces, kar pomeni, da materiali, ki kažejo piezoelektrični učinek, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Na primer, kristali svinčevega cirkonat titanata ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno pa lahko kristali spremenijo svojo statično dimenzijo, ko se uporabi zunanje električno polje, pojav, znan kot inverzni piezoelektrični učinek, ki se uporablja pri proizvodnji ultrazvočnih valov.

Za odkritje piezoelektričnosti sta zaslužna francoska fizika Pierre in Jacques Curie, ki sta leta 1880 dokazala neposredni piezoelektrični učinek. Njuno združeno znanje o piroelektričnosti in razumevanje osnovnih kristalnih struktur je privedlo do napovedi piroelektričnega učinka in sposobnosti napovedovanja Obnašanje kristalov je bilo dokazano z učinkom kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol.

Piezoelektričnost se uporablja v različnih vsakodnevnih aplikacijah, kot je ustvarjanje isker za vžig plina v kuhalnih in grelnih napravah, baklah, cigaretnih vžigalnikih in materialih s piroelektričnim učinkom, ki ustvarjajo električni potencial kot odziv na temperaturno spremembo. To sta preučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus sredi 18. stoletja, pri čemer sta se oprla na znanje Renéja Haüya in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehansko obremenitvijo in električnim nabojem. Poskusi pa so se izkazali za nedokončne, dokler pogled na piezo kristal v muzeju kompenzatorjev Curie na Škotskem ni pokazal neposrednega piezoelektričnega učinka bratov Curie.

Piezoelektričnost se uporablja v različnih elektronskih napravah, od dvigal v elektronsko ojačenih kitarah do sprožilcev v sodobnih elektronskih bobnih. Uporablja se tudi pri proizvodnji in detekciji zvoka, piezoelektričnem brizgalnem tiskanju, ustvarjanju visokonapetostne električne energije, generatorjih ure, mikrotehtnicah, pogonskih ultrazvočnih šobah in optičnih sklopih za ultrafino fokusiranje. Piezoelektričnost je tudi osnova za vrstične sondne mikroskope, ki se uporabljajo za ločevanje slik na lestvici atomov.

Mikrobalansi

Piezoelektričnost je sposobnost določenih trdnih materialov, da kopičijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. Piezoelektričnost izhaja iz grških besed πιέζειν (piezein), kar pomeni "stisniti" ali "stiskati", in ἤλεκτρον (ēlektron), kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrika se uporablja v različnih vsakodnevnih aplikacijah, kot je ustvarjanje isker za vžig plina za kuhanje in grelne naprave, bakle, cigaretne vžigalnike in drugo. Uporablja se tudi pri proizvodnji in detekciji zvoka ter pri piezoelektričnem brizgalnem tiskanju.

Piezoelektrika se uporablja tudi za ustvarjanje visokonapetostne električne energije in je osnova generatorjev ure in elektronskih naprav, kot so mikrotehtnice. Piezoelektričnost se uporablja tudi za pogon ultrazvočnih šob in optičnih sklopov za ultrafino fokusiranje.

Za odkritje piezoelektrike sta zaslužna francoska fizika Jacques in Pierre Curie leta 1880. Brata Curie sta združila svoje znanje o piroelektriki in razumevanje osnovnih kristalnih struktur, da sta povzročila koncept piezoelektrike. Lahko so predvideli obnašanje kristalov in pokazali učinek v kristalih, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol.

Piezoelektrični učinek je bil izkoriščen za uporabne aplikacije, vključno s proizvodnjo in detekcijo zvoka. Razvoj sonarjev med prvo svetovno vojno je bil velik preboj pri uporabi piezoelektrike. Po drugi svetovni vojni so neodvisne raziskovalne skupine v ZDA, Rusiji in na Japonskem odkrile nov razred sintetičnih materialov, imenovanih feroelektriki, ki so pokazali piezoelektrične konstante do desetkrat višje od naravnih materialov.

To je privedlo do intenzivnih raziskav in razvoja materialov barijevega titanata in kasneje svinčevega cirkonat titanata, ki so imeli specifične lastnosti za posebne aplikacije. Pomemben primer uporabe piezoelektričnih kristalov je bil razvit v Bell Telephone Laboratories po drugi svetovni vojni.

Frederick R. Lack, ki je delal v inženirskem oddelku za radiotelefonijo, je razvil rezan kristal, ki je deloval v širokem razponu temperatur. Lackov kristal ni potreboval težkih dodatkov prejšnjih kristalov, kar je olajšalo njegovo uporabo v letalih. Ta razvoj je zavezniškim zračnim silam omogočil sodelovanje v usklajenih množičnih napadih z uporabo letalskega radia.

Razvoj piezoelektričnih naprav in materialov v ZDA je obdržal več podjetij v poslu, razvoj kremenčevih kristalov pa je bil komercialno izkoriščen. Piezoelektrični materiali se od takrat uporabljajo v različnih aplikacijah, vključno z medicinskim slikanjem, ultrazvočnim čiščenjem itd.

Pogonska ultrazvočna šoba

Piezoelektričnost je električni naboj, ki se kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. Je odziv na uporabljeno mehansko obremenitev in izhaja iz grških besed "piezein", kar pomeni "stisniti" ali "stiskati", in "elektron", kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični učinek je linearna elektromehanska interakcija med mehanskimi in električnimi stanji kristalnih materialov z inverzijsko simetrijo. To je reverzibilen proces, kar pomeni, da imajo materiali, ki kažejo piezoelektrični učinek, tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Primer tega so kristali svinčevega cirkonat titanata, ki ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno, ko je uporabljeno zunanje električno polje, kristali spremenijo svojo statično dimenzijo, kar ima za posledico inverzni piezoelektrični učinek, ki je proizvodnja ultrazvočnih valov.

Francoska fizika Jacques in Pierre Curie sta leta 1880 odkrila piezoelektričnost in od takrat jo izkoriščajo za številne uporabne namene, vključno s proizvodnjo in zaznavanjem zvoka. Piezoelektričnost najde tudi vsakodnevno uporabo, kot je ustvarjanje isker za vžig plina v kuhalnih in grelnih napravah, baklah, cigaretnih vžigalnikih itd.

Piroelektrični učinek, ki je material, ki ustvarja električni potencial kot odziv na temperaturno spremembo, so preučevali Carl Linnaeus, Franz Aepinus in sredi 18. stoletja, črpajoč znanje od Renéja Haüya in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehansko obremenitvijo in električni naboj. Poskusi, ki bi to dokazali, niso bili prepričljivi.

Pogled na piezo kristal v Curiejevem kompenzatorju v muzeju Hunterian na Škotskem je prikaz neposrednega piezoelektričnega učinka bratov Pierra in Jacquesa Curieja. Združevanje njihovega znanja o piroelektriki in razumevanja osnovnih kristalnih struktur je povzročilo napoved piroelektrike in jim omogočilo napovedovanje obnašanja kristalov. To je bilo dokazano z učinkom kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev in kalijev tartrat tetrahidrat in kremen sta prav tako pokazala piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa je bil uporabljen za ustvarjanje napetosti, ko je deformiran. Zakonca Curie sta to močno pretiravala, da sta napovedala obratni piezoelektrični učinek, ki ga je Gabriel Lippmann leta 1881 matematično izpeljal iz temeljnih termodinamičnih načel.

Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in pridobila kvantitativni dokaz o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih. Piezoelektričnost je desetletja ostala laboratorijska zanimivost, vendar je bila bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so kazale piezoelektričnost. To je doseglo vrhunec v objavi Woldemarja Voigta Lehrbuch der Kristallphysik (Učbenik kristalne fizike), ki opisuje naravne kristalne razrede, zmožne piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante s tenzorsko analizo.

Praktična uporaba piezoelektričnih naprav se je začela s sonarjem, ki je bil razvit med prvo svetovno vojno. V Franciji je Paul Langevin s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic. Detektor je bil sestavljen iz pretvornika iz tankih kristalov kremena, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, imenovanega hidrofon, za zaznavanje vrnjenega odmeva po oddajanju visokofrekvenčnega impulza. Z merjenjem časa, ki je potreben, da slišijo odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, so lahko izračunali oddaljenost predmeta. Ta uporaba piezoelektrike v sonarju je bila uspešna, projekt pa je desetletja povzročil intenziven razvoj in zanimanje za piezoelektrične naprave.

Raziskani in razviti so bili novi piezoelektrični materiali in nove aplikacije za te materiale, piezoelektrične naprave pa so našle dom na področjih, kot so keramične gramofonske kartuše, ki so poenostavile zasnovo predvajalnika in omogočile cenejše, natančnejše gramofone, ki so bili cenejši za vzdrževanje in lažji za izdelavo. . Razvoj ultrazvočnih pretvornikov je omogočil preprosto merjenje viskoznosti in elastičnosti tekočin in trdnih snovi, kar je povzročilo velik napredek pri raziskavah materialov. Ultrazvočni reflektometri v časovni domeni pošiljajo ultrazvočni impulz skozi material in merijo odboje in prekinitve, da bi našli napake v litih kovinskih in kamnitih predmetih

Optični sklopi za ultrafino ostrenje

Piezoelektričnost je sposobnost nekaterih materialov, da kopičijo električni naboj, ko so izpostavljeni mehanskim obremenitvam. Je linearna elektromehanska interakcija med električnimi in mehanskimi stanji kristalnih materialov z inverzijsko simetrijo. Piezoelektričnost je reverzibilen proces, kar pomeni, da imajo materiali, ki kažejo piezoelektričnost, tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranje ustvarjanje mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja.

Piezoelektričnost se uporablja v različnih aplikacijah, vključno s proizvodnjo in zaznavanjem zvoka ter proizvodnjo visokonapetostne električne energije. Piezoelektričnost se uporablja tudi pri brizgalnem tiskanju, generatorjih ure, elektronskih napravah, mikrotehtnicah, pogonskih ultrazvočnih šobah in optičnih sklopih za ultrafino fokusiranje.

Piezoelektričnost sta leta 1880 odkrila francoska fizika Jacques in Pierre Curie. Piezoelektrični učinek se izkorišča v uporabnih aplikacijah, kot je proizvodnja in zaznavanje zvoka ter proizvodnja visokonapetostne električne energije. Uporablja se tudi piezoelektrični brizgalni tisk, pa tudi generatorji ure, elektronske naprave, mikrotehtnice, pogonske ultrazvočne šobe in ultrafini fokusni optični sklopi.

Piezoelektrika je našla pot v vsakodnevno uporabo, kot je ustvarjanje isker za vžig plina za kuhalne in grelne naprave, bakle, cigaretne vžigalnike in materiale s piroelektričnim učinkom, ki ustvarjajo električni potencial kot odziv na temperaturno spremembo. Ta učinek sta sredi 18. stoletja preučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus, pri čemer sta se oprla na znanje Renéja Haüya in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehansko obremenitvijo in električnim nabojem. Poskusi so se izkazali za nedokončne.

Pogled na piezo kristal v Curiejevem kompenzatorju v muzeju Hunterian na Škotskem je prikaz neposrednega piezoelektričnega učinka bratov Pierra in Jacquesa Curieja. V kombinaciji s svojim znanjem o piroelektriki in razumevanjem osnovnih kristalnih struktur so spodbudili napovedovanje piroelektrike in sposobnost napovedovanja obnašanja kristalov. To se je pokazalo pri učinku kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol.

Natrijev in kalijev tartrat tetrahidrat ter kremenova in Rochelleova sol so pokazali piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa je bil uporabljen za ustvarjanje napetosti, ko je bil deformiran, čeprav je bila sprememba oblike močno pretirana. Zakonca Curi sta napovedala obratni piezoelektrični učinek, obratni učinek pa je Gabriel Lippmann leta 1881 matematično izpeljal iz temeljnih termodinamičnih principov. Zakonca Curi sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in nato pridobila kvantitativne dokaze o popolni reverzibilnosti elektro- elasto-mehanske deformacije v piezoelektričnih kristalih.

Desetletja je piezoelektrika ostajala laboratorijska radovednost, dokler ni postala bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so kazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec z objavo Lehrbuch der Kristallphysik Woldemarja Voigta (Učbenik kristalne fizike). To opisuje razrede naravnih kristalov, ki so sposobni piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante z uporabo tenzorske analize za praktično uporabo piezoelektričnih naprav.

Razvoj sonarja je bil uspešen projekt, ki je povzročil intenziven razvoj in zanimanje za piezoelektrične naprave. Desetletja kasneje so bili raziskani in razviti novi piezoelektrični materiali in nove aplikacije za te materiale. Piezoelektrične naprave so našle domove na različnih področjih, kot so keramične gramofonske kartuše, ki so poenostavile zasnovo predvajalnikov in naredile gramofone cenejše ter lažje za vzdrževanje in izdelavo. Razvoj ultrazvočnih pretvornikov je omogočil preprosto merjenje viskoznosti in elastičnosti tekočin in trdnih snovi, kar je povzročilo velik napredek pri raziskavah materialov. Ultrazvočni reflektometri v časovni domeni pošljejo ultrazvočni impulz v material in merijo odboje in prekinitve, da bi našli napake znotraj litih kovinskih in kamnitih predmetov, s čimer izboljšajo strukturno varnost.

Začetki področja zanimanja za piezoelektriko so bili zavarovani z donosnimi patenti novih materialov, razvitih iz kristalov kremena, ki so bili komercialno izkoriščeni kot piezoelektrični material. Znanstveniki so iskali materiale z večjo zmogljivostjo in kljub napredku materialov in dozorevanju proizvodnih procesov trg Združenih držav ni hitro rasel. V nasprotju s tem so japonski proizvajalci hitro delili informacije in nove aplikacije za rast v piezoelektrični industriji Združenih držav so trpele v nasprotju z japonskimi proizvajalci.

Piezoelektrični motorji

V tem razdelku bom govoril o tem, kako se piezoelektrika uporablja v sodobni tehnologiji. Piezoelektričnost je postala sestavni del mnogih naprav, od skenirnih mikroskopov s sondami, ki lahko ločujejo slike na ravni atomov, do dvigal za elektronsko ojačane kitare in sprožilcev za sodobne elektronske bobne. Raziskal bom zgodovino piezoelektrike in kako je bila uporabljena v različnih aplikacijah.

Osnova oblik skenirajočih sondnih mikroskopov

Piezoelektričnost je električni naboj, ki se kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. Je odziv na uporabljeno mehansko obremenitev, beseda piezoelektričnost pa izhaja iz grške besede πιέζειν (piezein), ki pomeni »stisniti« ali »pritisniti«, in ἤλεκτρον (ēlektron), kar pomeni »jantar«, starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični motorji so naprave, ki uporabljajo piezoelektrični učinek za ustvarjanje gibanja. Ta učinek je linearna elektromehanska interakcija med mehanskimi in električnimi stanji v kristalnih materialih z inverzijsko simetrijo. To je reverzibilen proces, kar pomeni, da materiali, ki kažejo piezoelektrični učinek, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Primeri materialov, ki ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, so kristali svinčevega cirkonat titanata.

Piezoelektrični učinek se izkorišča v uporabnih aplikacijah, kot so proizvodnja in zaznavanje zvoka, piezoelektrični brizgalni tisk, proizvodnja visokonapetostne električne energije, urni generatorji in elektronske naprave, kot so mikrotehtnice in pogonske ultrazvočne šobe za ultrafine fokusne optične sklope. Prav tako tvori osnovo skenirajočih sondnih mikroskopov, ki se uporabljajo za ločevanje slik na ravni atomov.

Piezoelektričnost sta leta 1880 odkrila francoska fizika Jacques in Pierre Curie. Pogled na piezo kristal in Curiejev kompenzator si lahko ogledate v muzeju Hunterian na Škotskem, kar je demonstracija neposrednega piezoelektričnega učinka bratov Pierra in Jacquesa Curieja.

Kombinacija njihovega znanja o piroelektriki in njihovega razumevanja osnovnih kristalnih struktur je privedla do napovedi piroelektrike, kar jim je omogočilo napovedovanje obnašanja kristalov. To je bilo dokazano z učinkom kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev in kalijev tartrat tetrahidrat, kremen in Rochelleova sol so pokazali piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa je bil uporabljen za ustvarjanje napetosti, ko je bil deformiran, čeprav sta zakonca Curie močno pretiravala.

Napovedali so tudi obratni piezoelektrični učinek, ki ga je Gabriel Lippmann leta 1881 matematično izpeljal iz temeljnih termodinamičnih principov. Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in nato pridobila kvantitativne dokaze o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-električnega učinka. mehanske deformacije v piezoelektričnih kristalih.

Desetletja je piezoelektrika ostajala laboratorijska radovednost, dokler ni postala bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so pokazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec v objavi Woldemarja Voigta Lehrbuch der Kristallphysik (Učbenik kristalne fizike), ki opisuje naravne kristalne razrede, zmožne piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante in analizo tenzorjev.

To je privedlo do praktične uporabe piezoelektričnih naprav, kot je sonar, ki je bil razvit med prvo svetovno vojno. V Franciji je Paul Langevin s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic. Ta detektor je bil sestavljen iz pretvornika iz tankih kvarčnih kristalov, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, in hidrofona za zaznavanje vrnjenega odmeva po oddajanju visokofrekvenčnega impulza iz pretvornika. Z merjenjem časa, ki je potreben, da slišijo odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, so lahko izračunali oddaljenost predmeta. Za uspeh tega sonarja so uporabili piezoelektričnost, projekt pa je desetletja povzročil intenziven razvoj in zanimanje za piezoelektrične naprave.

Raziskani in razviti so bili novi piezoelektrični materiali in nove aplikacije za te materiale, piezoelektrične naprave pa so našle domove na številnih področjih, kot so keramične gramofonske kartuše, ki so poenostavile zasnovo predvajalnika in omogočile cenejše in natančnejše gramofone, ki so bili cenejši za vzdrževanje in lažji. zgraditi. Razvoj ultrazvočnih pretvornikov je omogočil preprosto merjenje viskoznosti in elastičnosti tekočin in trdnih snovi, kar je povzročilo velik napredek pri raziskavah materialov. Ultrazvočni reflektometri v časovni domeni pošljejo ultrazvočni impulz v material in merijo odboje in prekinitve, da bi našli napake znotraj litih kovinskih in kamnitih predmetov, s čimer izboljšajo strukturno varnost.

Med drugo svetovno vojno neodvisne raziskovalne skupine v Združenih

Razločite slike v merilu atomov

Piezoelektričnost je električni naboj, ki se kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. Je odziv na uporabljeno mehansko obremenitev in izhaja iz grške besede "piezein", kar pomeni stiskati ali pritiskati. Piezoelektrični učinek je posledica linearne elektromehanske interakcije med mehanskimi in električnimi stanji v kristalnih materialih z inverzijsko simetrijo.

Piezoelektričnost je reverzibilen proces in materiali, ki kažejo piezoelektrični učinek, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranje ustvarjanje mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Primeri tega vključujejo kristale svinčevega cirkonat titanata, ki ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno pa kristali spremenijo svojo statično dimenzijo, ko se uporabi zunanje električno polje, kar je znano kot inverzni piezoelektrični učinek in se uporablja pri proizvodnji ultrazvočnih valov.

Francoska fizika Jacques in Pierre Curie sta leta 1880 odkrila piezoelektričnost. Piezoelektrični učinek so izkoriščali za številne uporabne aplikacije, vključno s proizvodnjo in detekcijo zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, ustvarjanjem visokonapetostne elektrike, generatorji ure in elektronskimi napravami, kot so mikrotehtnice in pogonske ultrazvočne šobe. Prav tako tvori osnovo skenirajočih sondnih mikroskopov, ki se uporabljajo za ločevanje slik na ravni atomov.

Piezoelektričnost se uporablja tudi v vsakodnevnih aplikacijah, kot je ustvarjanje isker za vžig plina v kuhalnih in grelnih napravah, baklah, cigaretnih vžigalnikih itd. Piroelektrični učinek, ki je material, ki ustvarja električni potencial kot odziv na temperaturno spremembo, sta preučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus sredi 18. stoletja. Na podlagi znanja Renéja Haüya in Antoina Césarja Becquerela so postavili razmerje med mehansko obremenitvijo in električnim nabojem, vendar so se njihovi poskusi izkazali za nedokončne.

Obiskovalci muzeja Hunterian v Glasgowu si lahko ogledajo Curiejev kompenzator s piezo kristalom, demonstracijo neposrednega piezoelektričnega učinka bratov Pierra in Jacquesa Curieja. V kombinaciji s svojim znanjem o piroelektričnosti in razumevanjem osnovnih kristalnih struktur so spodbudili napovedovanje piroelektričnosti in sposobnost napovedovanja obnašanja kristalov. To je bilo dokazano z učinkom kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev in kalijev tartrat tetrahidrat ter kremenova in Rochelleova sol so pokazali piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa ob deformaciji ustvari napetost, čeprav je sprememba oblike močno pretirana. Zakonca Curi sta lahko napovedala obratni piezoelektrični učinek, obratni učinek pa je Gabriel Lippmann leta 1881 matematično izpeljal iz temeljnih termodinamičnih načel.

Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in pridobila kvantitativni dokaz o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih. Desetletja je piezoelektrika ostala laboratorijska zanimivost, vendar je bila bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so kazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec z objavo Lehrbuch der Kristallphysik Woldemarja Voigta (Učbenik kristalne fizike).

Pickupi Elektronsko ojačane kitare

Piezoelektrični motorji so električni motorji, ki uporabljajo piezoelektrični učinek za pretvorbo električne energije v mehansko. Piezoelektrični učinek je sposobnost nekaterih materialov, da ustvarijo električni naboj, ko so izpostavljeni mehanskim obremenitvam. Piezoelektrični motorji se uporabljajo v različnih aplikacijah, od napajanja majhnih naprav, kot so ure in ure, do napajanja večjih strojev, kot so roboti in medicinska oprema.

Piezoelektrični motorji se uporabljajo v kitarah z elektronskim ojačanjem. Ti dvigali uporabljajo piezoelektrični učinek za pretvorbo tresljajev kitarskih strun v električni signal. Ta signal se nato ojača in pošlje v ojačevalnik, ki proizvaja zvok kitare. Piezoelektrični zbiralniki se uporabljajo tudi v sodobnih elektronskih bobnih, kjer se uporabljajo za zaznavanje tresljajev glav bobnov in njihovo pretvorbo v električni signal.

Piezoelektrični motorji se uporabljajo tudi v mikroskopih z vrstično sondo, ki uporabljajo piezoelektrični učinek za premikanje majhne sonde po površini. To mikroskopu omogoča ločevanje slik na ravni atomov. Piezoelektrični motorji se uporabljajo tudi v brizgalnih tiskalnikih, kjer se uporabljajo za premikanje tiskalne glave naprej in nazaj po strani.

Piezoelektrični motorji se uporabljajo v številnih drugih aplikacijah, vključno z medicinskimi napravami, avtomobilskimi komponentami in potrošniško elektroniko. Uporabljajo se tudi v industrijskih aplikacijah, na primer pri proizvodnji natančnih delov in pri sestavljanju kompleksnih komponent. Piezoelektrični učinek se uporablja tudi pri proizvodnji ultrazvočnih valov, ki se uporabljajo pri medicinskem slikanju in pri odkrivanju napak v materialih.

Na splošno se piezoelektrični motorji uporabljajo v številnih aplikacijah, od napajanja majhnih naprav do napajanja večjih strojev. Uporabljajo se v pickupih, kitarah z elektronskim ojačanjem, sodobnih elektronskih bobnih, mikroskopih z skenirno sondo, brizgalnih tiskalnikih, medicinskih napravah, avtomobilskih komponentah in potrošniški elektroniki. Piezoelektrični učinek se uporablja tudi pri proizvodnji ultrazvočnih valov in pri odkrivanju napak v materialih.

Sproži sodobne elektronske bobne

Piezoelektričnost je električni naboj, ki se kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. To je odziv teh materialov na uporabljeno mehansko obremenitev. Beseda piezoelektričnost izhaja iz grške besede "piezein", kar pomeni "stisniti ali pritisniti", in besede "elektron", ki pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični motorji so naprave, ki uporabljajo piezoelektrični učinek za ustvarjanje gibanja. Ta učinek je posledica linearne elektromehanske interakcije med mehanskimi in električnimi stanji kristalnih materialov z inverzijsko simetrijo. To je reverzibilen proces, kar pomeni, da imajo materiali, ki kažejo piezoelektrični učinek, tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Primer tega so kristali svinčevega cirkonat titanata, ki ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno, ko se uporabi zunanje električno polje, kristali spremenijo svojo statično dimenzijo in proizvajajo ultrazvočne valove.

Piezoelektrični motorji se uporabljajo v različnih vsakodnevnih aplikacijah, kot so:

• Ustvarjanje isker za vžig plina v napravah za kuhanje in ogrevanje
• Bakle, cigaretni vžigalniki in materiali s piroelektričnim učinkom
• Ustvarjanje električnega potenciala kot odziv na temperaturne spremembe
• Produkcija in detekcija zvoka
• Piezoelektrični brizgalni tisk
• Proizvodnja električne energije visoke napetosti
• Urni generator in elektronske naprave
• Mikrotehtnice
• Pogon ultrazvočnih šob in optičnih sklopov za ultrafino fokusiranje
• Tvori osnovo vrstičnih sondnih mikroskopov
• Loči slike na ravni atomov
• Odvzemi elektronsko ojačenih kitar
• Sproži sodobne elektronske bobne.

Elektromehansko modeliranje piezoelektričnih pretvornikov

V tem razdelku bom raziskoval elektromehansko modeliranje piezoelektričnih pretvornikov. Ogledal si bom zgodovino odkritja piezoelektrike, poskuse, ki so dokazali njen obstoj, ter razvoj piezoelektričnih naprav in materialov. Razpravljal bom tudi o prispevkih francoskih fizikov Pierra in Jacquesa Curieja, Carla Linnaeusa in Franza Aepinusa, Reneja Hauya in Antoina Cesarja Becquerela, Gabriela Lippmanna in Woldemarja Voigta.

Francoska fizika Pierre in Jacques Curie

Piezoelektričnost je elektromehanski pojav, kjer se električni naboj kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. Ta naboj nastane kot odziv na uporabljeno mehansko obremenitev. Beseda "piezoelektričnost" izhaja iz grške besede "piezein", kar pomeni "stisniti ali pritisniti", in "elektron", kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični učinek je posledica linearne elektromehanske interakcije med mehanskimi in električnimi stanji v materialih z inverzijsko simetrijo. Ta učinek je reverzibilen, kar pomeni, da materiali, ki kažejo piezoelektrični učinek, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek, kjer nastane notranja mehanska obremenitev kot odziv na uporabljeno električno polje. Na primer, kristali svinčevega cirkonat titanata ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno pa, ko se uporabi zunanje električno polje, kristali spremenijo svojo statično dimenzijo in proizvajajo ultrazvočne valove v procesu, znanem kot inverzni piezoelektrični učinek.

Leta 1880 sta francoska fizika Pierre in Jacques Curie odkrila piezoelektrični učinek in od takrat ga izkoriščajo za številne uporabne namene, vključno s proizvodnjo in detekcijo zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, ustvarjanjem visokonapetostne električne energije, generatorji ur in elektronskimi napravami. naprave, kot so mikrotehtnice in pogonske ultrazvočne šobe za ultrafine fokusne optične sklope. Prav tako tvori osnovo za skeniranje sond mikroskopov, ki lahko ločujejo slike na lestvici atomov. Piezoelektričnost se uporablja tudi v dvigalih za elektronsko ojačene kitare in sprožilcih za sodobne elektronske bobne.

Piezoelektričnost najde tudi vsakodnevno uporabo, kot je ustvarjanje isker za vžig plina v kuhalnih in grelnih napravah, baklah, cigaretnih vžigalnikih itd. Piroelektrični učinek, pri katerem material ustvari električni potencial kot odziv na temperaturno spremembo, sta sredi 18. stoletja preučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus, pri čemer sta se oprla na znanje Renéja Hauyja in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehanske napetosti in električnega naboja, čeprav so se njihovi poskusi izkazali za nedokončne.

Z združitvijo svojega znanja o piroelektričnosti z razumevanjem osnovnih kristalnih struktur sta zakonca Curieja lahko spodbudila napoved piroelektrike in napovedala obnašanje kristalov. To se je pokazalo pri učinku kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev kalijev tartrat tetrahidrat in kremen sta prav tako pokazala piezoelektričnost. Piezoelektrični disk ustvari napetost, ko je deformiran, čeprav je to v predstavitvi zakoncev Curie močno pretirano. Prav tako so lahko napovedali obratni piezoelektrični učinek in ga matematično izpeljali iz temeljnih termodinamičnih načel Gabriela Lippmanna leta 1881.

Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in pridobila kvantitativni dokaz o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih. V desetletjih, ki so sledila, je piezoelektrika ostala laboratorijska radovednost, dokler ni postala bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so kazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec z objavo »Lehrbuch der Kristallphysik« Woldemarja Voigta (Učbenik kristalne fizike).

Poskusi so se izkazali za neuspešne

Piezoelektričnost je elektromehanski pojav, pri katerem se električni naboj kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. Je odziv na uporabljeno mehansko obremenitev, beseda "piezoelektričnost" pa izhaja iz grških besed "piezein", kar pomeni "stisniti ali pritisniti", in "ēlektron", kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični učinek je posledica linearne elektromehanske interakcije med mehanskimi in električnimi stanji kristalnih materialov z inverzijsko simetrijo. Je reverzibilen proces; materiali, ki izkazujejo piezoelektrični učinek, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Na primer, kristali svinčevega cirkonat titanata ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno pa lahko kristali spremenijo svojo statično dimenzijo, ko se uporabi zunanje električno polje, znano kot inverzni piezoelektrični učinek, ki se uporablja pri proizvodnji ultrazvočnih valov.

Francoska fizika Pierre in Jacques Curie sta leta 1880 odkrila piezoelektričnost. Od takrat jo izkoriščajo za številne uporabne namene, vključno s proizvodnjo in zaznavanjem zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, ustvarjanjem visokonapetostne elektrike, generatorji ure in elektronskimi napravami, kot so mikrotehtnice. , pogon ultrazvočnih šob in optičnih sklopov za ultrafino fokusiranje. Prav tako tvori osnovo skenirajočih sondnih mikroskopov, ki lahko ločujejo slike na lestvici atomov. Piezoelektričnost se uporablja tudi v dvigalih za elektronsko ojačene kitare in sprožilcih za sodobne elektronske bobne.

Piezoelektričnost najde vsakodnevno uporabo pri ustvarjanju isker za vžig plina v kuhalnih in grelnih napravah, baklah, cigaretnih vžigalnikih itd. Piroelektrični učinek, pri katerem material ustvari električni potencial kot odziv na temperaturno spremembo, sta sredi 18. stoletja preučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus, pri čemer sta se oprla na znanje Renéja Hauyja in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehansko napetostjo in električnim nabojem. Poskusi so se izkazali za nedokončne.

Kombinirano znanje o piroelektriki in razumevanje osnovnih kristalnih struktur je privedlo do napovedi piroelektrike in sposobnosti napovedovanja obnašanja kristalov. To se je pokazalo pri učinku kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev kalijev tartrat tetrahidrat in kremen sta prav tako pokazala piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa je bil uporabljen za ustvarjanje napetosti, ko je deformiran. To je bilo močno pretirano v Curiesjevi predstavitvi neposrednega piezoelektričnega učinka.

Brata Pierre in Jacques Curie sta napovedala obratni piezoelektrični učinek, obratni učinek pa je Gabriel Lippmann leta 1881 matematično izpeljal iz temeljnih termodinamičnih principov. Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in nato pridobila kvantitativne dokaze popolnega reverzibilnost elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih.

Desetletja je piezoelektrika ostala laboratorijska zanimivost, vendar je bila bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so kazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec z objavo Lehrbuch der Kristallphysik Woldemarja Voigta (Učbenik kristalne fizike). To opisuje naravne kristalne razrede, ki so sposobni piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante z uporabo tenzorske analize. To je bila prva praktična uporaba piezoelektričnih pretvornikov, sonar pa je bil razvit med prvo svetovno vojno. V Franciji je Paul Langevin s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic.

Carl Linnaeus in Franz Aepinus

Piezoelektričnost je elektromehanski pojav, pri katerem se električni naboj kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. Ta naboj nastane kot odziv na uporabljeno mehansko obremenitev. Beseda piezoelektričnost izvira iz grških besed πιέζειν (piezein), ki pomeni "stiskati ali pritisniti" in ἤλεκτρον (ēlektron), kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični učinek je posledica linearne elektromehanske interakcije med mehanskimi in električnimi stanji kristalnih materialov z inverzijsko simetrijo. Ta učinek je reverzibilen, kar pomeni, da imajo materiali, ki kažejo piezoelektričnost, tudi obratni piezoelektrični učinek, ki je notranja generacija mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Na primer, kristali svinčevega cirkonat titanata ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno pa lahko kristali spremenijo svojo statično dimenzijo, ko se uporabi zunanje električno polje, kar je znano kot inverzni piezoelektrični učinek in se uporablja pri proizvodnji ultrazvočnih valov.

Leta 1880 sta francoska fizika Jacques in Pierre Curie odkrila piezoelektrični učinek in od takrat ga izkoriščajo za številne uporabne namene, vključno s proizvodnjo in detekcijo zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, proizvodnjo visokonapetostne električne energije, generatorji ure, elektronskimi napravami, mikrotehtnicami. , pogon ultrazvočnih šob in optičnih sklopov za ultrafino fokusiranje. Prav tako tvori osnovo za skeniranje sond mikroskopov, ki se uporabljajo za ločevanje slik na lestvici atomov. Piezoelektričnost se uporablja tudi v dvigalih za elektronsko ojačane kitare in sprožilcih za sodobne elektronske bobne.

Piezoelektričnost najdemo tudi v vsakdanji uporabi, kot je ustvarjanje isker za vžig plina v kuhalnih in grelnih napravah, baklah, cigaretnih vžigalnikih in piroelektrični učinek, ko material ustvari električni potencial kot odziv na temperaturno spremembo. Ta učinek sta sredi 18. stoletja preučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus, pri čemer sta se oprla na znanje Renéja Hauya in Antoina Césarja Becquerela, ki sta postavila razmerje med mehansko napetostjo in električnim nabojem, čeprav so se njuni poskusi izkazali za nedokončne.

Pogled na piezo kristal v Curiejevem kompenzatorju v muzeju Hunterian na Škotskem je prikaz neposrednega piezoelektričnega učinka bratov Pierra in Jacquesa Curieja. Združevanje njihovega znanja o piroelektričnosti z razumevanjem osnovnih kristalnih struktur je privedlo do napovedi piroelektrike in sposobnosti napovedovanja obnašanja kristalov. To je bilo dokazano z učinkom kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev kalijev tartrat tetrahidrat in kremen iz soli Rochelle sta pokazala piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa ob deformaciji ustvari napetost, čeprav je to v predstavitvi zakoncev Curie močno pretirano.

Napoved obratnega piezoelektričnega učinka in njegovo matematično izpeljavo iz temeljnih termodinamičnih principov je naredil Gabriel Lippmann leta 1881. Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in nato pridobila kvantitativne dokaze o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-električnega učinka. mehanske deformacije v piezoelektričnih kristalih. Piezoelektričnost je desetletja ostajala laboratorijska zanimivost, dokler ni postala bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie, ki sta jo uporabila za raziskovanje in definiranje kristalnih struktur, ki so kazale piezoelektričnost. To je doseglo vrhunec z objavo Lehrbuch der Kristallphysik (Učbenik kristalne fizike) Woldemarja Voigta, ki opisuje naravne kristalne razrede, zmožne piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante z uporabo tenzorske analize.

Ta praktična uporaba piezoelektričnih pretvornikov je privedla do razvoja sonarja med prvo svetovno vojno. V Franciji je Paul Langevin s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic. Detektor je bil sestavljen iz pretvornika iz tankih kvarčnih kristalov, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, in hidrofona za zaznavanje vrnjenega odmeva po oddajanju visokofrekvenčnega impulza iz pretvornika. Z merjenjem časa, ki je potreben, da slišijo odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, so lahko izračunali oddaljenost predmeta. Za uspeh tega sonarja so uporabili piezoelektričnost, projekt pa je ustvaril intenziven razvoj in zanimanje za piezoelektrične naprave

Rene Hauy in Antoine Cesar Becquerel

Piezoelektričnost je elektromehanski pojav, ki se pojavi, ko določeni trdni materiali, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK, kopičijo električni naboj kot odgovor na uporabljeno mehansko obremenitev. Piezoelektričnost izhaja iz grške besede "piezein", kar pomeni "stisniti ali pritisniti", in "elektron", kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični učinek je posledica linearne elektromehanske interakcije med mehanskimi in električnimi stanji v kristalnih materialih z inverzijsko simetrijo. Ta učinek je reverzibilen, kar pomeni, da materiali, ki kažejo piezoelektrični učinek, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek ali notranje ustvarjanje mehanske napetosti, ki je posledica uporabljenega električnega polja. Na primer, kristali svinčevega cirkonat titanata ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno pa lahko kristali spremenijo svojo statično dimenzijo, ko se uporabi zunanje električno polje, kar povzroči inverzni piezoelektrični učinek in proizvodnjo ultrazvočnih valov.

Francoska fizika Pierre in Jacques Curie sta leta 1880 odkrila piezoelektrični učinek. Ta učinek so izkoriščali za številne uporabne aplikacije, vključno s proizvodnjo in zaznavanjem zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, ustvarjanjem visokonapetostne elektrike, generatorji ure in elektronskimi napravami. kot so mikrotehtnice, pogonske ultrazvočne šobe in optični sklopi za ultrafino fokusiranje. Prav tako tvori osnovo skenirajočih sondnih mikroskopov, ki lahko ločujejo slike na lestvici atomov. Piezoelektričnost se uporablja tudi v dvigalih za elektronsko ojačene kitare in sprožilcih za sodobne elektronske bobne.

Piezoelektrični učinek sta sredi 18. stoletja najprej proučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus, pri čemer sta se oprla na znanje Reneja Hauya in Antoina Cesarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehansko napetostjo in električnim nabojem. Vendar so se poskusi izkazali za nedokončne. V kombinaciji z znanjem o piroelektričnosti in razumevanjem osnovnih kristalnih struktur je to spodbudilo napovedovanje piroelektričnosti in sposobnost napovedovanja obnašanja kristalov. To se je pokazalo pri učinku kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol. Natrijev kalijev tartrat tetrahidrat in kremen sta prav tako pokazala piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa je bil uporabljen za ustvarjanje napetosti, ko je deformiran. Ta učinek je bil močno pretiran v predstavitvi zakoncev Curie v Škotskem muzeju, ki je pokazala neposredni piezoelektrični učinek.

Brata Pierre in Jacques Curie sta nato pridobila kvantitativni dokaz o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih. Desetletja je piezoelektrika ostajala laboratorijska radovednost, dokler ni postala bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. To delo je raziskalo in definiralo kristalne strukture, ki so pokazale piezoelektričnost, vrhunec pa je bilo v objavi Woldemarja Voigta Lehrbuch der Kristallphysik (Učbenik kristalne fizike).

Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in nadaljevala z matematično izpeljavo temeljnih termodinamičnih principov obratnega učinka. To je naredil Gabriel Lippmann leta 1881. Piezoelektričnost je bila nato uporabljena za razvoj sonarja med prvo svetovno vojno. V Franciji je Paul Langevin s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic. Ta detektor je bil sestavljen iz pretvornika iz tankih kristalov kremena, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, in hidrofona za zaznavanje vrnjenega odmeva. Z oddajanjem visokofrekvenčnega impulza iz pretvornika in merjenjem časa, ki je potreben, da zaslišijo odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, so lahko izračunali razdaljo do predmeta.

Po drugi svetovni vojni so Bell Telephone Laboratories dodatno razvili uporabo piezoelektričnih kristalov. Frederick R. Lack, ki je delal v inženirskem oddelku za radiotelefonijo, je razvil brušen kristal, ki je lahko deloval v širokem razponu temperatur. Lackov kristal ni potreboval težkih dodatkov prejšnjih kristalov, kar je olajšalo njegovo uporabo v letalih. Ta razvoj je zavezniškim zračnim silam omogočil usklajene množične napade z uporabo letalskega radia. Razvoj piezoelektričnih naprav in materialov v Združenih državah je ohranil podjetja pri razvoju vojnih začetkov na tem področju in razvili so se interesi za pridobitev donosnih patentov za nove materiale. Kvarčni kristali so bili komercialno izkoriščeni kot piezoelektrični material, znanstveniki pa so iskali materiale z večjo zmogljivostjo. Kljub napredku v materialih in dozorevanju proizvodnih procesov so ZDA

Gabriel Lippmann

Piezoelektričnost je elektromehanski pojav, pri katerem se električni naboj kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. Je rezultat interakcije med mehanskimi in električnimi stanji v materialih z inverzijsko simetrijo. Piezoelektričnost sta leta 1880 prva odkrila francoska fizika Pierre in Jacques Curie.

Piezoelektričnost so izkoriščali za različne uporabne aplikacije, vključno s proizvodnjo in zaznavanjem zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem in proizvodnjo visokonapetostne električne energije. Piezoelektričnost izhaja iz grških besed πιέζειν (piezein), ki pomeni "stiskati ali pritisniti" in ἤλεκτρον (ēlektron), kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični učinek je reverzibilen, kar pomeni, da materiali, ki izkazujejo piezoelektričnost, kažejo tudi obratni piezoelektrični učinek, pri katerem nastane notranja mehanska napetost zaradi uporabe električnega polja. Na primer, kristali svinčevega cirkonat titanata ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno pa lahko kristali spremenijo svojo statično dimenzijo, ko se uporabi zunanje električno polje, proces, znan kot inverzni piezoelektrični učinek. Ta postopek se lahko uporablja za proizvodnjo ultrazvočnih valov.

Piezoelektrični učinek preučujejo od sredine 18. stoletja, ko sta Carl Linnaeus in Franz Aepinus, opirajoč se na znanje Renéja Hauya in Antoina Césarja Becquerela, postavila povezavo med mehansko napetostjo in električnim nabojem. Vendar so se poskusi izkazali za nedokončne. Šele ko je združeno znanje o piroelektriki in razumevanje osnovnih kristalnih struktur povzročilo napoved piroelektrike, so raziskovalci lahko napovedali obnašanje kristalov. To je bilo dokazano z učinkom kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in Rochelle sol.

Gabriel Lippmann je leta 1881 matematično izpeljal temeljna termodinamična načela obratnega piezoelektričnega učinka. Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in pridobila kvantitativni dokaz o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih.

Desetletja je piezoelektrika ostajala laboratorijska radovednost, dokler ni postala bistveno orodje pri odkritju polonija in radija s strani Pierra in Marie Curie. Njihovo delo pri raziskovanju in definiranju kristalnih struktur, ki so kazale piezoelektričnost, je doseglo vrhunec z objavo Lehrbuch der Kristallphysik Woldemarja Voigta (Učbenik kristalne fizike). To opisuje naravne kristalne razrede, ki so sposobni piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante s tenzorsko analizo.

Praktična uporaba piezoelektričnih naprav se je začela z razvojem sonarjev med prvo svetovno vojno. Paul Langevin je s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic. Ta detektor je bil sestavljen iz pretvornika iz tankih kristalov kremena, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, in hidrofona za zaznavanje vrnjenega odmeva. Z oddajanjem visokofrekvenčnega impulza iz pretvornika in merjenjem časa, ki je potreben, da zaslišijo odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, so lahko izračunali razdaljo do predmeta. Ta uporaba piezoelektrike za sonar je bila uspešna in projekt je ustvaril intenzivno razvojno zanimanje za piezoelektrične naprave. Skozi desetletja so bili raziskani in razviti novi piezoelektrični materiali in nove aplikacije za te materiale. Piezoelektrične naprave so našle dom na različnih področjih, od keramičnih gramofonskih kartuš, ki so poenostavile zasnovo predvajalnikov in poceni, natančne gramofone naredile cenejše za vzdrževanje in lažjo za izdelavo, do razvoja ultrazvočnih pretvornikov, ki so omogočali enostavno merjenje viskoznosti in elastičnosti tekočin in trdne snovi, kar ima za posledico velik napredek pri raziskavah materialov. Ultrazvočni reflektometri v časovni domeni pošljejo ultrazvočni impulz v material in merijo odboje in prekinitve, da bi našli napake znotraj litih kovinskih in kamnitih predmetov, s čimer izboljšajo strukturno varnost.

Po drugi svetovni vojni so neodvisne raziskovalne skupine v ZDA, Rusiji in na Japonskem odkrile nov razred sintetičnih materialov, imenovanih feroelektriki, ki so imeli piezoelektrične konstante do desetkrat višje od naravnih materialov. To je pripeljalo do intenzivnih raziskav za razvoj barijevega titanata in kasneje svinčevega cirkonat titanata, materialov s posebnimi lastnostmi za posebne aplikacije. Razvit je bil pomemben primer uporabe piezoelektričnih kristalov

Woldemar Voigt

Piezoelektričnost je elektromehanski pojav, pri katerem se električni naboj kopiči v določenih trdnih materialih, kot so kristali, keramika in biološke snovi, kot sta kost in DNK. Ta naboj nastane kot odziv na uporabljeno mehansko obremenitev. Beseda piezoelektričnost izhaja iz grške besede "piezein", kar pomeni "stisniti ali pritisniti", in "elektron", kar pomeni "jantar", starodavni vir električnega naboja.

Piezoelektrični učinek je posledica linearne elektromehanske interakcije med mehanskimi in električnimi stanji kristalnih materialov z inverzijsko simetrijo. Ta učinek je reverzibilen, kar pomeni, da imajo materiali, ki izkazujejo piezoelektričnost, tudi obratni piezoelektrični učinek, kjer je notranja generacija mehanske napetosti posledica uporabljenega električnega polja. Na primer, kristali svinčevega cirkonat titanata ustvarjajo merljivo piezoelektričnost, ko se njihova statična struktura deformira glede na prvotno dimenzijo. Nasprotno pa lahko kristali spremenijo svojo statično dimenzijo, ko se uporabi zunanje električno polje, pojav, znan kot inverzni piezoelektrični učinek, ki se uporablja pri proizvodnji ultrazvočnih valov.

Francoska fizika Pierre in Jacques Curie sta leta 1880 odkrila piezoelektričnost. Piezoelektrični učinek se od takrat izkorišča za številne uporabne namene, vključno s proizvodnjo in zaznavanjem zvoka, piezoelektričnim brizgalnim tiskanjem, ustvarjanjem visokonapetostne elektrike, generatorji ur in elektronskimi napravami. kot so mikrotehtnice in pogonske ultrazvočne šobe za ultrafino fokusiranje optičnih sklopov. Prav tako tvori osnovo skenirajočih sondnih mikroskopov, ki lahko ločujejo slike na lestvici atomov. Poleg tega piezoelektrični učinek uporabljajo pickupi v elektronsko ojačanih kitarah in sprožilci v sodobnih elektronskih bobnih.

Piezoelektričnost najde tudi vsakodnevno uporabo pri ustvarjanju isker za vžig plina v napravah za kuhanje in ogrevanje, v baklah, cigaretnih vžigalnikih itd. Piroelektrični učinek, kjer material ustvari električni potencial kot odziv na temperaturno spremembo, sta sredi 18. stoletja proučevala Carl Linnaeus in Franz Aepinus, pri čemer sta se oprla na znanje Reneja Hauya in Antoina Cesarja Becquerela, ki sta postavila povezavo med mehanskimi stres in električni naboj. Poskusi za dokaz tega razmerja so se izkazali za neuspešne.

Pogled na piezo kristal v Curiejevem kompenzatorju v muzeju Hunterian na Škotskem je prikaz neposrednega piezoelektričnega učinka bratov Pierra in Jacquesa Curieja. Združevanje njihovega znanja o piroelektričnosti z razumevanjem osnovnih kristalnih struktur je privedlo do napovedi piroelektričnosti, ki jim je omogočila napovedovanje kristalnega obnašanja, ki so ga pokazali pri učinku kristalov, kot so turmalin, kremen, topaz, trsni sladkor in sol Rochelle . Natrijev in kalijev tartrat tetrahidrat in kremen sta prav tako pokazala piezoelektričnost, piezoelektrični disk pa je bil uporabljen za ustvarjanje napetosti, ko je deformiran. Ta sprememba oblike je bila močno pretirana v predstavitvi zakoncev Curie in nadaljevala z napovedjo obratnega piezoelektričnega učinka. Nasprotni učinek je Gabriel Lippmann leta 1881 matematično izpeljal iz temeljnih termodinamičnih načel.

Zakonca Curie sta takoj potrdila obstoj obratnega učinka in pridobila kvantitativni dokaz o popolni reverzibilnosti elektro-elasto-mehanskih deformacij v piezoelektričnih kristalih. V desetletjih, ki so sledila, je piezoelektričnost ostala laboratorijska radovednost, dokler ni postala bistveno orodje pri odkritju polonija in radija Pierra Marie Curieja, ki jo je uporabil za raziskovanje in definiranje kristalnih struktur, ki so kazale piezoelektričnost. To je doseglo vrhunec z objavo Lehrbuch der Kristallphysik (Učbenik kristalne fizike) Woldemarja Voigta, ki opisuje naravne kristalne razrede, zmožne piezoelektričnosti, in natančno definira piezoelektrične konstante z uporabo tenzorske analize.

To je privedlo do praktične uporabe piezoelektričnih naprav, kot je sonar, ki je bil razvit med prvo svetovno vojno. V Franciji je Paul Langevin s sodelavci razvil ultrazvočni detektor podmornic. Ta detektor je bil sestavljen iz pretvornika iz tankih kvarčnih kristalov, skrbno prilepljenih na jeklene plošče, in hidrofona za zaznavanje vrnjenega odmeva po oddajanju visokofrekvenčnega impulza iz pretvornika. Z merjenjem časa, ki je potreben, da slišijo odmev zvočnih valov, ki se odbijajo od predmeta, so lahko izračunali razdaljo do predmeta. Za uspeh tega sonarja so uporabili piezoelektričnost, projekt pa je vzbudil intenziven razvoj in zanimanje zanj.

Pomembni odnosi

• Piezoelektrični aktuatorji: Piezoelektrični aktuatorji so naprave, ki pretvarjajo električno energijo v mehansko gibanje. Običajno se uporabljajo v robotiki, medicinskih napravah in drugih aplikacijah, kjer je potreben natančen nadzor gibanja.
• Piezoelektrični senzorji: Piezoelektrični senzorji se uporabljajo za merjenje fizičnih parametrov, kot so tlak, pospešek in vibracije. Pogosto se uporabljajo v industrijskih in medicinskih aplikacijah ter v potrošniški elektroniki.
• Piezoelektričnost v naravi: Piezoelektričnost je naravni pojav v nekaterih materialih in jo najdemo v številnih živih organizmih. Nekateri organizmi ga uporabljajo za zaznavanje okolja in komunikacijo z drugimi organizmi.

zaključek

Piezoelektričnost je neverjeten pojav, ki se uporablja v različnih aplikacijah, od sonarjev do fonografskih kartuš. Raziskujejo ga od sredine 1800. stoletja in so ga zelo učinkovito uporabljali pri razvoju sodobne tehnologije. Ta objava v spletnem dnevniku je raziskala zgodovino in uporabo piezoelektrike ter poudarila pomen tega pojava pri razvoju sodobne tehnologije. Za tiste, ki želijo izvedeti več o piezoelektriki, je ta objava odlično izhodišče.

Sem Joost Nusselder, ustanovitelj Neaere in tržnik vsebine, oče in rad preizkušam novo opremo s kitaro, ki je v središču moje strasti, in skupaj s svojo ekipo od leta 2020 ustvarjam poglobljene članke na blogu. pomagati zvestim bralcem z nasveti za snemanje in kitaro.

Preverite me na Youtube kjer preizkusim vso to opremo:

Prijavi se