Piezoelektriciteti: Një udhëzues gjithëpërfshirës për të kuptuar mekanikën dhe aplikimet e tij

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve për të gjeneruar energji elektrike kur i nënshtrohen stresit mekanik dhe anasjelltas. Fjala vjen nga greqishtja piezo që do të thotë presion dhe energji elektrike. Ajo u zbulua për herë të parë në 1880, por koncepti ka qenë i njohur për një kohë të gjatë.

Shembulli më i njohur i piezoelektricitetit është kuarci, por edhe shumë materiale të tjera e shfaqin këtë fenomen. Përdorimi më i zakonshëm i piezoelektricitetit është prodhimi i ultrazërit.

Në këtë artikull, unë do të diskutoj se çfarë është piezoelektriciteti, si funksionon dhe disa nga aplikimet e shumta praktike të këtij fenomeni mahnitës.

Çfarë është piezoelektriciteti?

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve për të gjeneruar një ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Është një ndërveprim elektromekanik linear midis gjendjeve mekanike dhe elektrike në materialet kristalore me simetri inversioni. Materialet piezoelektrike mund të përdoren për të gjeneruar energji elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorë të orës, pajisje elektronike, mikrobalanca, grykë tejzanor dhe montime optike me fokusim ultrafine.

Materialet piezoelektrike përfshijnë kristalet, qeramika të caktuara, lëndë biologjike si kockat dhe ADN-në dhe proteinat. Kur një forcë zbatohet në një material piezoelektrik, ai prodhon një ngarkesë elektrike. Kjo ngarkesë mund të përdoret më pas për të fuqizuar pajisjet ose për të krijuar një tension.

Materialet piezoelektrike përdoren në një sërë aplikimesh, duke përfshirë:
• Prodhimi dhe zbulimi i zërit
• Printim me bojë piezoelektrike
• Prodhimi i energjisë elektrike të tensionit të lartë
• Gjeneratorët e orës
• Pajisjet elektronike
• Mikrobalancat
• Nxitni grykë tejzanor
• Komplete optike me fokusim ultrafine
• kamioncina për kitarat e përforcuara në mënyrë elektronike
• Këmbëza për bateri moderne elektronike
• Prodhimi i shkëndijave për ndezjen e gazit
• Pajisjet e gatimit dhe ngrohjes
• Pishtarë dhe çakmakë.

Cila është historia e piezoelektricitetit?

Piezoelektriciteti u zbulua në vitin 1880 nga fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie. Është ngarkesa elektrike që grumbullohet në disa materiale të ngurta, të tilla si kristalet, qeramika dhe lënda biologjike, në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Fjala 'piezoelektricitet' rrjedh nga fjala greke 'piezein', që do të thotë 'shtrydhje' ose 'shtypje', dhe 'elektron', që do të thotë 'qelibar', një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Efekti piezoelektrik rezulton nga ndërveprimi linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike të materialeve kristalore me simetri inversioni. Është një proces i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu efektin e kundërt piezoelektrik, që është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar.

Njohuritë e kombinuara të Curies për piroelektricitetin dhe të kuptuarit e strukturave themelore kristalore dhanë rritjen e parashikimit të piroelektricitetit dhe aftësisë për të parashikuar sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua në efektin e kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle.

Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike. Gjatë dekadave, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik derisa u bë një mjet jetësor në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie.

Energjia piezoelektrike është shfrytëzuar për shumë aplikacione të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin me bojë piezoelektrike, prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës dhe pajisjet elektronike, mikrobalancat, hundët tejzanor të makinës, fokusimin jashtëzakonisht të hollë të montimeve optike dhe format e baza e mikroskopëve të sondës skanuese për të zgjidhur imazhet në shkallën e atomeve.

Piezoelektriciteti gjen gjithashtu përdorime të përditshme, të tilla si gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe efekti piroelektrik, ku një material gjeneron një potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës.

Zhvillimi i sonarit gjatë Luftës së Parë Botërore pa përdorimin e kristaleve piezoelektrike të zhvilluara nga Bell Telephone Laboratories. Kjo i lejoi forcat ajrore aleate të përfshiheshin në sulme masive të koordinuara duke përdorur radion e aviacionit. Zhvillimi i pajisjeve dhe materialeve piezoelektrike në Shtetet e Bashkuara i mbajti kompanitë në zhvillimin e fillimeve të luftës në fushën e interesave, duke siguruar patenta fitimprurëse për materiale të reja.

Japonia pa aplikimet e reja dhe rritjen e industrisë piezoelektrike të Shteteve të Bashkuara dhe zhvilloi shpejt të tyren. Ata ndanë informacionin shpejt dhe zhvilluan materiale titanate të bariumit dhe më vonë të zirkonatit të plumbit me veti specifike për aplikime të veçanta.

Piezoelektriciteti ka bërë një rrugë të gjatë që nga zbulimi i tij në 1880, dhe tani përdoret në një sërë aplikimesh të përditshme. Është përdorur gjithashtu për të bërë përparime në kërkimin e materialeve, të tilla si reflektimet e domenit tejzanor të kohës, të cilët dërgojnë një puls tejzanor përmes një materiali për të matur reflektimet dhe ndërprerjet për të gjetur defekte brenda objekteve të derdhura prej metali dhe guri, duke përmirësuar sigurinë strukturore.

Si funksionon piezoelektriciteti

Në këtë seksion, unë do të eksploroj se si funksionon piezoelektriciteti. Unë do të shikoj akumulimin e ngarkesës elektrike në trupat e ngurtë, ndërveprimin elektromekanik linear dhe procesin e kthyeshëm që përbëjnë këtë fenomen. Do të diskutoj gjithashtu historinë e piezoelektricitetit dhe aplikimet e tij.

Akumulimi i ngarkesës elektrike në lëndë të ngurta

Piezoelektriciteti është ngarkesa elektrike që grumbullohet në disa materiale të ngurta, të tilla si kristalet, qeramika dhe materiet biologjike si kockat dhe ADN-ja. Është një përgjigje ndaj stresit mekanik të aplikuar dhe emri i tij vjen nga fjalët greke "piezein" (shtrydh ose shtyp) dhe "ēlektron" (qelibar).

Efekti piezoelektrik rezulton nga ndërveprimi linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike në materialet kristalore me simetri inversioni. Është një proces i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu efektin e kundërt piezoelektrik, ku gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Shembuj të materialeve që gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm përfshijnë kristalet titanate të zirkonatit të plumbit.

Fizikanët francezë Pierre dhe Jacques Curie zbuluan piezoelektricitetin në 1880. Që atëherë ai është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin me bojë piezoelektrike, gjenerimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës dhe pajisjet elektronike si mikrobalancat dhe drejtoni grykë tejzanor për fokusim ultrafin të montimeve optike. Ai gjithashtu formon bazën e mikroskopëve të sondës skanuese, të cilat mund të zgjidhin imazhet në shkallën e atomeve. Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në kamionçinë për kitarat e përforcuara elektronikisht dhe shkasat për bateri moderne elektronike.

Piezoelektriciteti gjen përdorime të përditshme në gjenerimin e shkëndijave për ndezjen e gazit, në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe efektin piroelektrik, ku një material gjeneron një potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës. Kjo u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë nga René Haüy dhe Antoine César Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie midis stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike. Eksperimentet rezultuan jopërfundimtare.

Pamja e një piezo kristali në kompensuesin Curie në Muzeun Hunterian në Skoci është një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik. Vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie kombinuan njohuritë e tyre për piroelektricitetin me një kuptim të strukturave kristalore, gjë që shkaktoi parashikimin e piroelektricitetit. Ata ishin në gjendje të parashikonin sjelljen e kristalit dhe demonstruan efektin në kristale të tilla si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrat tartrati i natriumit të kaliumit dhe kuarci gjithashtu shfaqën piezoelektricitet. Një disk piezoelektrik gjeneron një tension kur deformohet dhe ndryshimi në formë ekzagjerohet shumë në demonstrimin e Curies.

Ata ishin në gjendje të parashikonin efektin piezoelektrik të kundërt, dhe efekti i kundërt u konkludua matematikisht nga Gabriel Lippmann në 1881. Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të elektroelasto- deformimet mekanike në kristalet piezoelektrike.

Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik, por ishte një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës së kristaleve), i cili përshkruante klasat natyrore të kristaleve të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi me rigorozitet analizën e konstantës piezoelektrike. Ky ishte aplikimi praktik i pajisjeve piezoelektrike dhe sonar u zhvillua gjatë Luftës së Parë Botërore. Në Francë, Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse tejzanor.

Detektori përbëhej nga një dhënës bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku dhe një hidrofon për të zbuluar jehonën e kthyer. Duke emetuar një të lartë frekuencë pulsin nga transduktori dhe duke matur kohën që duhet për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcejnë nga një objekt, ata ishin në gjendje të llogarisin distancën nga objekti. Ata përdorën piezoelektricitet për ta bërë sonarin të suksesshëm dhe projekti krijoi një zhvillim dhe interes intensiv për pajisjet piezoelektrike. Gjatë dekadave, materiale të reja piezoelektrike dhe aplikime të reja për materialet u hulumtuan dhe u zhvilluan, dhe pajisjet piezoelektrike gjetën shtëpi në fusha të ndryshme. Fishekët fonografi qeramike thjeshtuan dizajnin e luajtësit dhe krijuan luajtës të lirë dhe të saktë të regjistrimit që ishin më të lirë për t'u mirëmbajtur dhe më të lehtë për t'u ndërtuar.

Zhvillimi i transduktorëve tejzanor lejoi matjen e lehtë të viskozitetit dhe elasticitetit të lëngjeve dhe trupave të ngurtë, duke rezultuar në përparime të mëdha në kërkimin e materialeve.

Ndërveprimi Linear Elektromekanik

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve për të gjeneruar një ngarkesë elektrike kur i nënshtrohen stresit mekanik. Fjala rrjedh nga fjalët greke πιέζειν (piezein) që do të thotë "shtrydh ose shtyp" dhe ἤλεκτρον (ēlektron) që do të thotë "qelibar", i cili ishte një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Piezoelektriciteti u zbulua në vitin 1880 nga fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie. Ai bazohet në bashkëveprimin elektromekanik linear midis gjendjeve mekanike dhe elektrike të materialeve kristalore me simetri inversioni. Ky efekt është i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu një efekt piezoelektrik të kundërt, ku gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Shembuj të materialeve që gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur deformohen nga struktura e tyre statike përfshijnë kristalet e titanatit të zirkonatit të plumbit. Në të kundërt, kristalet mund të ndryshojnë dimensionin e tyre statik kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, e cila njihet si efekti piezoelektrik i kundërt dhe përdoret në prodhimin e valëve ultratinguj.

Best strings for electric guitar

Share

Watch on

Piezoelektriciteti është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme, të tilla si:

• Prodhimi dhe zbulimi i zërit
• Printim me bojë piezoelektrike
• Prodhimi i energjisë elektrike të tensionit të lartë
• Gjenerator i orës
• Pajisjet elektronike
• Mikrobalancat
• Nxitni grykë tejzanor
• Komplete optike me fokusim ultrafine
• Formon bazën e mikroskopëve të sondës skanuese për të zgjidhur imazhet në shkallën e atomeve
• Marrje në kitara të përforcuara në mënyrë elektronike
• Këmbëza në bateri moderne elektronike
• Gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes
• Pishtarë dhe çakmakë

Piezoelektriciteti gjithashtu gjen përdorime të përditshme në efektin piroelektrik, i cili është një material që gjeneron një potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës. Kjo u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë nga René Haüy dhe Antoine César Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie midis stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike. Sidoqoftë, eksperimentet rezultuan jokonkluzive.

Shikimi i një kristali piezo në kompensuesin Curie në Muzeun Hunterian në Skoci është një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik. Ishte puna e vëllezërve Pierre dhe Jacques Curie që eksploruan dhe përcaktuan strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet, duke arritur kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik (Libër Teksti i Fizikës Kristale) të Woldemar Voigt. Kjo përshkroi klasat natyrore të kristaleve të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi në mënyrë rigoroze konstantet piezoelektrike përmes analizës së tensorit, duke çuar në aplikimin praktik të pajisjeve piezoelektrike.

Sonar u zhvillua gjatë Luftës së Parë Botërore, kur Paul Langevin i Francës dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse tejzanor. Ky detektor përbëhej nga një transduktor i bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku dhe një hidrofon për të zbuluar jehonën e kthyer pas lëshimit të një impulsi me frekuencë të lartë nga dhënës. Duke matur kohën që duhet për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcejnë nga një objekt, ata ishin në gjendje të llogarisin distancën e objektit, duke përdorur piezoelektricitetin. Suksesi i këtij projekti krijoi një zhvillim dhe interes intensiv për pajisjet piezoelektrike gjatë dekadave, me materiale të reja piezoelektrike dhe aplikime të reja për këto materiale që po hulumtohen dhe zhvillohen. Pajisjet piezoelektrike gjetën shtëpi në shumë fusha, të tilla si fishekët gramafon qeramikë, të cilët thjeshtuan dizajnin e luajtësit dhe bënë lojtarë më të lirë dhe më të saktë të regjistrimit, si dhe më të lirë dhe më të lehtë për t'u ndërtuar dhe mirëmbajtur.

Zhvillimi i transduktorëve tejzanor lejoi matjen e lehtë të viskozitetit dhe elasticitetit të lëngjeve dhe trupave të ngurtë, duke rezultuar në përparime të mëdha në kërkimin e materialeve. Reflektometri tejzanor i domenit të kohës dërgon një puls tejzanor në një material dhe matin reflektimet dhe ndërprerjet për të gjetur defekte brenda objekteve të derdhura prej metali dhe guri, duke përmirësuar sigurinë strukturore. Pas Luftës së Dytë Botërore, grupe të pavarura kërkimore në Shtetet e Bashkuara, Rusi dhe Japoni zbuluan një klasë të re materialesh sintetike të quajtura ferroelektrike, të cilat shfaqnin konstante piezoelektrike shumë herë më të larta se materialet natyrore. Kjo çoi në kërkime intensive për të zhvilluar titanatin e bariumit, dhe më vonë titanatin e zirkonatit të plumbit, materiale me veti specifike për aplikime të veçanta.

Një shembull domethënës i përdorimit të kristaleve piezoelektrike u zhvillua nga Bell Telephone Laboratories pas Luftës së Dytë Botërore. Frederick R. Lack, duke punuar në departamentin e inxhinierisë radiotelefonike,

Procesi i kthyeshëm

Piezoelektriciteti është një ngarkesë elektrike që grumbullohet në disa materiale të ngurta, të tilla si kristalet, qeramika dhe materiet biologjike si kockat dhe ADN-ja. Është përgjigja e këtyre materialeve ndaj stresit mekanik të aplikuar. Fjala 'piezoelektricitet' vjen nga fjalët greke 'piezein' që do të thotë 'shtrydhje' ose 'shtypje' dhe 'ēlektron' që do të thotë 'qelibar', një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Efekti piezoelektrik rezulton nga ndërveprimi linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike të materialeve kristalore me simetri inversioni. Është një proces i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu efektin e kundërt piezoelektrik, që është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Shembuj të materialeve që gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm përfshijnë kristalet titanate të zirkonatit të plumbit. Kur struktura statike e këtyre kristaleve deformohet, ato kthehen në dimensionin e tyre origjinal dhe anasjelltas, kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, ato ndryshojnë dimensionin e tyre statik, duke prodhuar valë ultratinguj.

Fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie zbuluan piezoelektricitetin në vitin 1880. Që atëherë ai është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin me bojë piezoelektrike, prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës, pajisjet elektronike, mikrobalancat, ngasni grykë tejzanor dhe montime optike me fokusim tepër të imët. Ai gjithashtu formon bazën për skanimin e mikroskopëve të sondës, të cilët mund të zgjidhin imazhet në shkallën e atomeve. Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në kamionçinë për kitarat e përforcuara elektronikisht dhe këmbëzat për bateri moderne elektronike.

Piezoelektriciteti gjen gjithashtu përdorime të përditshme, të tilla si gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe më shumë. Efekti piroelektrik, ku një material gjeneron një potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës, u studiua nga Carl Linnaeus, Franz Aepinus dhe René Haüy në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë për qelibarin. Antoine César Becquerel parashtroi një lidhje midis stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike, por eksperimentet rezultuan jopërfundimtare.

Vizitorët në Muzeun Hunterian në Glasgow mund të shohin Kompensuesin Piezo Crystal Curie, një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik nga vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie. Kombinimi i njohurive të tyre për piroelektricitetin me të kuptuarit e strukturave themelore kristalore dhanë rritjen e parashikimit të piroelektricitetit dhe aftësisë për të parashikuar sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua me efektin e kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrati i natriumit dhe tartratit të kaliumit dhe kuarci gjithashtu shfaqën piezoelektricitet, dhe një disk piezoelektrik u përdor për të gjeneruar një tension kur deformohej. Ky ndryshim në formë u ekzagjerua shumë nga Curies për të parashikuar efektin piezoelektrik të kundërt. Efekti i kundërt u konkludua matematikisht nga parimet themelore termodinamike nga Gabriel Lippmann në 1881.

Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike. Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik, por ishte një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës kristalore). Kjo përshkroi klasat natyrore të kristalit të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi në mënyrë rigoroze konstantet piezoelektrike duke përdorur analizën e tensorit.

Zbatimi praktik i pajisjeve piezoelektrike, të tilla si sonari, u zhvillua gjatë Luftës së Parë Botërore. Në Francë, Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse tejzanor. Ky detektor përbëhej nga një transduktor i bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku dhe një hidrofon për të zbuluar jehonën e kthyer. Duke emetuar një puls me frekuencë të lartë nga transduktori dhe duke matur kohën që duhet për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcejnë nga një objekt, ata ishin në gjendje të llogarisin distancën e objektit. Ata përdorën piezoelektricitet për ta bërë këtë sonar një sukses. Ky projekt krijoi një zhvillim dhe interes intensiv për pajisjet piezoelektrike dhe gjatë dekadave u hulumtuan dhe u zhvilluan materiale të reja piezoelektrike dhe aplikime të reja për këto materiale. Pajisjet piezoelektrike

Çfarë e shkakton piezoelektricitetin?

Në këtë seksion, unë do të eksploroj origjinën e piezoelektricitetit dhe materialet e ndryshme që shfaqin këtë fenomen. Do të shikoj fjalën greke 'piezein', burimi i lashtë i ngarkesës elektrike dhe efekti i piroelektricitetit. Do të diskutoj gjithashtu zbulimet e Pierre dhe Jacques Curie dhe zhvillimin e pajisjeve piezoelektrike në shekullin e 20-të.

Fjala greke Piezein

Piezoelektriciteti është akumulimi i ngarkesës elektrike në disa materiale të ngurta, të tilla si kristalet, qeramika dhe lëndët biologjike si kockat dhe ADN-ja. Shkaktohet nga reagimi i këtyre materialeve ndaj stresit mekanik të aplikuar. Fjala piezoelektricitet vjen nga fjala greke "piezein", që do të thotë "shtrydh ose shtyp" dhe "ēlektron", që do të thotë "qelibar", një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Efekti piezoelektrik rezulton nga ndërveprimi linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike të materialeve kristalore me simetri inversioni. Është një proces i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu efektin piezoelektrik të kundërt, që është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Për shembull, kristalet titanate të zirkonatit të plumbit gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i tij origjinal. Në të kundërt, kristalet mund të ndryshojnë dimensionin e tyre statik kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, e cila njihet si efekti piezoelektrik i kundërt dhe është prodhimi i valëve ultratinguj.

Fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie zbuluan piezoelektricitetin në 1880. Efekti piezoelektrik është shfrytëzuar për shumë aplikime të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin me bojë piezoelektrike, gjenerimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës dhe pajisjet elektronike si mikrobalancat , ngasni grykë tejzanor dhe montime optike me fokusim tepër të imët. Ai gjithashtu formon bazën e mikroskopëve të sondës skanuese, të cilat mund të zgjidhin imazhet në shkallën e atomeve. Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në kamionçinë për kitarat e përforcuara elektronikisht dhe këmbëzat për bateri moderne elektronike.

Piezoelektriciteti gjen përdorime të përditshme, të tilla si gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe më shumë. Efekti piroelektrik, i cili është gjenerimi i potencialit elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës, u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë e René Haüy dhe Antoine César Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie midis stresi mekanik dhe ngarkesa elektrike. Eksperimentet rezultuan jopërfundimtare.

Në muzeun në Skoci, vizitorët mund të shohin një kompensues piezo kristal Curie, një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik nga vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie. Kombinimi i njohurive të tyre për piroelektricitetin me të kuptuarit e strukturave themelore kristalore i dha të rritet parashikimi i piroelektricitetit dhe aftësia për të parashikuar sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua nga efekti i kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrati i tartratit të kaliumit të natriumit dhe kuarci nga kripa Rochelle shfaqën piezoelektricitet, dhe një disk piezoelektrik gjeneron tension kur deformohet. Ky ndryshim në formë është ekzagjeruar shumë në demonstrimin e Curies.

Curies vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike. Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik derisa u bë një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës kristalore). Kjo përshkroi klasat natyrore të kristaleve të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi në mënyrë rigoroze konstantet piezoelektrike përmes analizës së tensorit.

Ky aplikim praktik i piezoelektricitetit çoi në zhvillimin e sonarit gjatë Luftës së Parë Botërore. Në Francë, Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse tejzanor. Detektori përbëhej nga një transduktor i bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku, të quajtur hidrofon, për të zbuluar jehonën e kthyer pas lëshimit të një pulsi me frekuencë të lartë. Transformatori mati kohën që duhej për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcenin nga një objekt për të llogaritur distancën e objektit. Përdorimi i piezoelektricitetit në sonar ishte një sukses, dhe projekti krijoi një zhvillim dhe interes intensiv për pajisjet piezoelektrike për dekada të tëra.

Materialet e reja piezoelektrike dhe aplikacionet e reja për këto materiale u hulumtuan dhe u zhvilluan, dhe pajisjet piezoelektrike gjetën shtëpi në shumë fusha, të tilla si fishekët fonografë qeramikë, të cilët thjeshtuan dizajnin e luajtësit dhe krijuan rekorde më të lira dhe më të sakta që ishin më të lira për t'u mirëmbajtur dhe më të lehtë. për të ndërtuar. Zhvillimi

Burimi i lashtë i ngarkesës elektrike

Piezoelektriciteti është ngarkesa elektrike që grumbullohet në disa materiale të ngurta, të tilla si kristalet, qeramika dhe materiet biologjike si kockat dhe ADN-ja. Shkaktohet nga reagimi i materialit ndaj stresit mekanik të aplikuar. Fjala 'piezoelektricitet' vjen nga fjala greke 'piezein', që do të thotë 'shtrydh ose shtyp', dhe fjala 'elektron', që do të thotë 'qelibar', një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Efekti piezoelektrik rezulton nga ndërveprimi linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike të materialeve kristalore me simetri inversioni. Është një proces i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu efektin piezoelektrik të kundërt, që është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Për shembull, kristalet titanate të zirkonatit të plumbit gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i tij origjinal. Në të kundërt, kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, kristalet ndryshojnë dimensionin e tyre statik në një efekt piezoelektrik të anasjelltë, duke prodhuar valë ultratinguj.

Efekti piezoelektrik u zbulua në vitin 1880 nga fizikanët francezë Zhak dhe Pier Kuri. Përdoret për një sërë aplikacionesh të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin me bojë piezoelektrike, prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës dhe pajisjet elektronike si mikrobalancat dhe grykëzat tejzanor të drejtimit për fokusimin jashtëzakonisht të hollë të montimeve optike. Ai gjithashtu përbën bazën për skanimin e mikroskopëve të sondës, të cilët përdoren për të zgjidhur imazhet në shkallën e atomeve. Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në kamionçinë për kitarat e përforcuara elektronikisht dhe këmbëzat për bateri moderne elektronike.

Piezoelektriciteti gjen përdorime të përditshme në gjenerimin e shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe më shumë. Efekti piroelektrik, i cili është prodhimi i potencialit elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës, u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë e René Haüy dhe Antoine César Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie midis mekanikës. stresi dhe ngarkesa elektrike. Megjithatë, eksperimentet e tyre rezultuan jopërfundimtare.

Pamja e një kristali piezo dhe kompensuesi Curie në Muzeun Hunterian në Skoci demonstrojnë efektin e drejtpërdrejtë piezoelektrik. Ishte puna e vëllezërve Pierre dhe Jacques Curie që eksploruan dhe përcaktuan strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet, duke arritur kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik (Libër Teksti i Fizikës Kristale) të Woldemar Voigt. Kjo përshkroi klasat natyrore të kristaleve të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi në mënyrë rigoroze konstantet piezoelektrike përmes analizës së tensorit, duke lejuar aplikimin praktik të pajisjeve piezoelektrike.

Sonar u zhvillua gjatë Luftës së Parë Botërore nga francezi Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij, të cilët zhvilluan një detektor nëndetëse tejzanor. Detektori përbëhej nga një transduktor i bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku dhe një hidrofon për të zbuluar jehonën e kthyer. Duke emetuar një puls me frekuencë të lartë nga transduktori dhe duke matur kohën që duhet për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcejnë nga një objekt, ata ishin në gjendje të llogarisin distancën nga objekti. Ata përdorën piezoelektricitet për ta bërë këtë hidrolokator një sukses. Projekti krijoi një zhvillim intensiv dhe interes për pajisjet piezoelektrike për dekada.

Piroelektriciteti

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve për të grumbulluar ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Është një bashkëveprim elektromekanik linear midis gjendjeve mekanike dhe elektrike të materialeve kristalore me simetri inversioni. Fjala "piezoelektricitet" rrjedh nga fjala greke "piezein", që do të thotë "shtrydh ose shtyp", dhe fjala greke "ēlektron", që do të thotë "qelibar", një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Efekti piezoelektrik u zbulua nga fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie në 1880. Është një proces i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin efektin piezoelektrik shfaqin gjithashtu efektin piezoelektrik të kundërt, që është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Shembuj të materialeve që gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm përfshijnë kristalet titanate të zirkonatit të plumbit. Kur një strukturë statike deformohet, ajo kthehet në dimensionin e saj origjinal. Në të kundërt, kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, prodhohet efekti piezoelektrik i kundërt, duke rezultuar në prodhimin e valëve ultratinguj.

Efekti piezoelektrik shfrytëzohet për shumë aplikacione të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin me bojë piezoelektrike, prodhimin e energjisë elektrike me tension të lartë, gjeneratorët e orës dhe pajisjet elektronike si mikrobalancat, grykat e tejzanorit të makinës dhe montimet optike me fokusim të hollë. Ai është gjithashtu baza për skanimin e mikroskopëve të sondës, të cilët përdoren për të zgjidhur imazhet në shkallën e atomeve. Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në kamionçinë për kitarat e përforcuara elektronikisht dhe shkasat për bateri moderne elektronike.

Piezoelektriciteti gjen përdorime të përditshme, të tilla si gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe më shumë. Efekti piroelektrik, i cili është prodhimi i potencialit elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës, u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë e René Haüy dhe Antoine César Becquerel, të cilët kishin parashtruar një marrëdhënie. ndërmjet stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike. Sidoqoftë, eksperimentet rezultuan të pasigurta.

Pamja e një piezo kristali në Muzeun Curie Compensator në Skoci është një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik. Vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie kombinuan njohuritë e tyre për piroelektricitetin dhe të kuptuarit e tyre për strukturat themelore kristalore për të krijuar kuptimin e piroelektricitetit dhe për të parashikuar sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua në efektin e kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrati i tartratit të natriumit të kaliumit dhe kuarci u zbulua se shfaqnin piezoelektricitet dhe një disk piezoelektrik u përdor për të gjeneruar një tension kur deformohej. Kjo u ekzagjerua shumë nga Curies për të parashikuar efektin piezoelektrik të kundërt. Efekti i kundërt u konkludua matematikisht nga parimet themelore termodinamike nga Gabriel Lippmann në 1881.

Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike. Në dekadat që pasuan, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik derisa u bë një mjet jetësor në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës kristalore).

Zhvillimi i sonarit ishte një sukses, dhe projekti krijoi një zhvillim dhe interes intensiv për pajisjet piezoelektrike. Në dekadat që pasuan, u hulumtuan dhe u zhvilluan materiale të reja piezoelektrike dhe aplikime të reja për këto materiale. Pajisjet piezoelektrike gjetën shtëpi në shumë fusha, të tilla si fishekë gramafon qeramikë, të cilët thjeshtuan dizajnin e luajtësit dhe krijuan rekorde më të lira dhe më të sakta që ishin më të lira për t'u mirëmbajtur dhe më të lehta për t'u ndërtuar. Zhvillimi i transduktorëve tejzanor lejoi matjen e lehtë të viskozitetit dhe elasticitetit të lëngjeve dhe trupave të ngurtë, duke rezultuar në përparime të mëdha në kërkimin e materialeve. Reflektometri tejzanor i domenit të kohës dërgon një puls tejzanor në një material dhe matin reflektimet dhe ndërprerjet për të gjetur defekte brenda objekteve të derdhura prej metali dhe guri, duke përmirësuar sigurinë strukturore.

Pas Luftës së Dytë Botërore, grupet e pavarura kërkimore në Shtetet e Bashkuara, Rusi dhe Japoni zbuluan një klasë të re materialesh sintetike të quajtura ferroelektrike, të cilat shfaqnin konstante piezoelektrike që ishin

Materialet piezoelektrike

Në këtë seksion, unë do të diskutoj materialet që shfaqin efektin piezoelektrik, i cili është aftësia e materialeve të caktuara për të grumbulluar ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Unë do të shikoj kristalet, qeramikën, lëndën biologjike, kockat, ADN-në dhe proteinat, dhe se si të gjitha reagojnë ndaj efektit piezoelektrik.

Kristal

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve për të grumbulluar ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Fjala piezoelektricitet rrjedh nga fjalët greke πιέζειν (piezein) që do të thotë 'shtrydhje' ose 'shtypje' dhe ἤλεκτρον (ēlektron) që do të thotë 'qelibar', një burim i lashtë i ngarkesës elektrike. Materialet piezoelektrike përfshijnë kristalet, qeramikën, lëndën biologjike, kockat, ADN-në dhe proteinat.

Piezoelektriciteti është një ndërveprim linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike në materialet kristalore me simetri inversioni. Ky efekt është i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu efektin piezoelektrik të kundërt, që është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Shembuj të materialeve që gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm përfshijnë kristalet titanate të zirkonatit të plumbit, të cilët mund të deformohen në dimensionin e tyre origjinal ose anasjelltas, të ndryshojnë dimensionin e tyre statik kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme. Ky njihet si efekti piezoelektrik i kundërt dhe përdoret për të prodhuar valë ultratinguj.

Fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie zbuluan piezoelektricitetin në vitin 1880. Efekti piezoelektrik është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin me bojë piezoelektrike, prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës dhe pajisjet elektronike të tilla si mikrobalanca, ngasin hundëzat tejzanor dhe montimet optike me fokusim tepër të imët. Ai gjithashtu përbën bazën për skanimin e mikroskopëve të sondës, të cilët përdoren për të zgjidhur imazhet në shkallën e atomeve. Kamionët piezoelektrikë përdoren gjithashtu në kitarat e përforcuara elektronikisht dhe këmbëzat në bateritë moderne elektronike.

Piezoelektriciteti gjen përdorime të përditshme në gjenerimin e shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, si dhe në pishtarë dhe çakmakë. Efekti piroelektrik, i cili është gjenerimi i potencialit elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës, u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë nga René Haüy dhe Antoine César Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie midis mekanikës. stresi dhe ngarkesa elektrike. Eksperimentet për të vërtetuar këtë teori nuk ishin përfundimtare.

Pamja e një piezo kristali në kompensuesin Curie në Muzeun Hunterian në Skoci është një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik. Vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie kombinuan njohuritë e tyre për piroelektricitetin me një kuptim të strukturave themelore kristalore për të krijuar parashikimin e piroelektricitetit. Ata ishin në gjendje të parashikonin sjelljen e kristalit dhe demonstruan efektin në kristale të tilla si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrat tartrati i natriumit të kaliumit dhe kuarci gjithashtu shfaqën piezoelektricitet. Një disk piezoelektrik gjeneron tension kur deformohet; ndryshimi në formë është ekzagjeruar shumë në demonstrimin e Curies.

Ata ishin gjithashtu në gjendje të parashikonin efektin piezoelektrik të kundërt dhe të nxirrnin matematikisht parimet themelore termodinamike pas tij. Gabriel Lippmann e bëri këtë në 1881. Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike.

Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik, por ishte një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës së kristaleve), i cili përshkruante klasat natyrore të kristaleve të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi me rigorozitet analizën e konstantës elektrike duke përdorur piezoe.

Zbatimi praktik i pajisjeve piezoelektrike në sonar u zhvillua gjatë Luftës së Parë Botërore. Në Francë, Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse tejzanor. Ky detektor përbëhej nga një transduktor i bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku, të quajtur hidrofon, për të zbuluar jehonën e kthyer pas lëshimit të një pulsi me frekuencë të lartë. Duke matur kohën që duhet për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcejnë nga një objekt, ata ishin në gjendje të llogarisin distancën nga objekti. Ky përdorim i piezoelektricitetit në sonar ishte një sukses dhe projekti krijoi një zhvillim dhe interes intensiv për pajisjet piezoelektrike gjatë dekadave.

Qeramikë

Materialet piezoelektrike janë lëndë të ngurta që grumbullojnë ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Piezoelektriciteti rrjedh nga fjalët greke πιέζειν (piezein) që do të thotë 'shtrydhje' ose 'shtypje' dhe ἤλεκτρον (ēlektron) që do të thotë 'qelibar', një burim i lashtë i ngarkesës elektrike. Materialet piezoelektrike përdoren në një sërë aplikimesh, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin me bojë piezoelektrike dhe prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë.

Materialet piezoelektrike gjenden në kristale, qeramikë, lëndë biologjike, kocka, ADN dhe proteina. Qeramika janë materialet piezoelektrike më të zakonshme të përdorura në aplikimet e përditshme. Qeramika është bërë nga një kombinim i oksideve metalike, si plumbi zirkonat titanat (PZT), të cilat nxehen në temperatura të larta për të formuar një të ngurtë. Qeramika është shumë e qëndrueshme dhe mund të përballojë temperaturat dhe presionet ekstreme.

Qeramikat piezoelektrike kanë një sërë përdorimesh, duke përfshirë:

• Gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit për pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, të tilla si pishtarë dhe çakmakë.
• Gjenerimi i valëve ultratinguj për imazhe mjekësore.
• Prodhimi i energjisë elektrike të tensionit të lartë për gjeneratorët e orës dhe pajisjet elektronike.
• Gjenerimi i mikrobalancave për përdorim në peshimin e saktë.
• Ngasja e grykave tejzanor për fokusim jashtëzakonisht të imët të montimeve optike.
• Formimi i bazës për skanimin e mikroskopëve të sondës, të cilët mund të zgjidhin imazhet në shkallën e atomeve.
• Pickup për kitarat e përforcuara elektronikisht dhe këmbëzat për bateri moderne elektronike.

Qeramikat piezoelektrike përdoren në një gamë të gjerë aplikimesh, nga elektronika e konsumit te imazhet mjekësore. Ato janë shumë të qëndrueshme dhe mund t'i rezistojnë temperaturave dhe presioneve ekstreme, duke i bërë ato ideale për përdorim në industri të ndryshme.

Materia Biologjike

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve për të grumbulluar ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Rrjedh nga fjala greke 'piezein', që do të thotë 'shtrydh ose shtyp', dhe 'ēlektron', që do të thotë 'qelibar', një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Lënda biologjike si kocka, ADN-ja dhe proteinat janë ndër materialet që shfaqin piezoelektricitet. Ky efekt është i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu efektin piezoelektrik të kundërt, që është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Shembuj të këtyre materialeve përfshijnë kristalet titanate të zirkonatit të plumbit, të cilët gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i tij origjinal. Në të kundërt, kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, kristalet ndryshojnë dimensionin e tyre statik, duke prodhuar valë ultratinguj përmes efektit piezoelektrik të anasjelltë.

Zbulimi i piezoelektricitetit u bë nga fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie në vitin 1880. Që atëherë ai është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme, si:

• Prodhimi dhe zbulimi i zërit
• Printim me bojë piezoelektrike
• Prodhimi i energjisë elektrike të tensionit të lartë
• Gjenerator i orës
• Pajisjet elektronike
• Mikrobalancat
• Nxitni grykë tejzanor
• Komplete optike me fokusim ultrafine
• Formon bazën e mikroskopëve të sondës skanuese
• Të zgjidhin imazhet në shkallën e atomeve
• Marrje në kitara të përforcuara në mënyrë elektronike
• Këmbëza në bateri moderne elektronike

Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në artikujt e përditshëm si pajisjet e gatimit dhe ngrohjes me gaz, pishtarët, çakmakët dhe më shumë. Efekti piroelektrik, i cili është prodhimi i potencialit elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës, u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të. Duke u mbështetur në njohuritë e René Haüy dhe Antoine César Becquerel, ata parashtruan një marrëdhënie midis stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike, por eksperimentet e tyre rezultuan jopërfundimtare.

Pamja e një kristali piezo në Kompensuesin Curie në Muzeun Hunterian në Skoci është një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik. Vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie kombinuan njohuritë e tyre për piroelektricitetin dhe të kuptuarit e tyre për strukturat themelore kristalore për të krijuar parashikimin e piroelektricitetit dhe për të parashikuar sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua nga efekti i kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrati i natriumit dhe tartratit të kaliumit dhe kuarci gjithashtu shfaqën piezoelektricitet, dhe një disk piezoelektrik u përdor për të gjeneruar një tension kur deformohej. Ky efekt u ekzagjerua shumë nga Curies për të parashikuar efektin piezoelektrik të kundërt. Efekti i kundërt u konkludua matematikisht nga parimet themelore termodinamike nga Gabriel Lippmann në 1881.

Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike. Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik derisa u bë një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e "Lehrbuch der Kristallphysik" të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës kristalore).

kockë

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve për të grumbulluar ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Kocka është një material i tillë që shfaq këtë fenomen.

Kocka është një lloj materie biologjike që përbëhet nga proteina dhe minerale, duke përfshirë kolagjenin, kalciumin dhe fosforin. Është më piezoelektrik nga të gjitha materialet biologjike dhe është i aftë të gjenerojë një tension kur i nënshtrohet stresit mekanik.

Efekti piezoelektrik në kockë është rezultat i strukturës së saj unike. Ai përbëhet nga një rrjet fibrash kolagjeni që janë të ngulitura në një matricë mineralesh. Kur kocka i nënshtrohet stresit mekanik, fibrat e kolagjenit lëvizin, duke bërë që mineralet të polarizohen dhe të gjenerojnë një ngarkesë elektrike.

Efekti piezoelektrik në kockë ka një sërë aplikimesh praktike. Përdoret në imazhet mjekësore, të tilla si imazhet me ultratinguj dhe rreze X, për të zbuluar frakturat e kockave dhe anomalitë e tjera. Përdoret gjithashtu në aparatet e dëgjimit për përcjelljen e kockave, të cilat përdorin efektin piezoelektrik për të kthyer valët e zërit në sinjale elektrike që dërgohen drejtpërdrejt në veshin e brendshëm.

Efekti piezoelektrik në kockë përdoret gjithashtu në implantet ortopedike, si nyjet artificiale dhe gjymtyrët protetike. Implantet përdorin efektin piezoelektrik për të kthyer energjinë mekanike në energji elektrike, e cila më pas përdoret për të fuqizuar pajisjen.

Përveç kësaj, efekti piezoelektrik në kockë po eksplorohet për përdorim në zhvillimin e trajtimeve të reja mjekësore. Për shembull, studiuesit po hetojnë përdorimin e piezoelektricitetit për të stimuluar rritjen e kockave dhe për të riparuar indet e dëmtuara.

Në përgjithësi, efekti piezoelektrik në kockë është një fenomen magjepsës me një gamë të gjerë aplikimesh praktike. Është duke u përdorur në një sërë aplikimesh mjekësore dhe teknologjike dhe po eksplorohet për përdorim në zhvillimin e trajtimeve të reja.

ADN

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve për të grumbulluar ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. ADN-ja është një material i tillë që shfaq këtë efekt. ADN-ja është një molekulë biologjike që gjendet në të gjithë organizmat e gjallë dhe përbëhet nga katër baza nukleotide: adenina (A), guanina (G), citozina (C) dhe timina (T).

ADN-ja është një molekulë komplekse që mund të përdoret për të gjeneruar ngarkesë elektrike kur i nënshtrohet stresit mekanik. Kjo për faktin se molekulat e ADN-së përbëhen nga dy fije nukleotidesh që mbahen së bashku nga lidhjet hidrogjenore. Kur këto lidhje prishen, gjenerohet ngarkesa elektrike.

Efekti piezoelektrik i ADN-së është përdorur në një sërë aplikimesh, duke përfshirë:

• Prodhimi i energjisë elektrike për implantet mjekësore
• Zbulimi dhe matja e forcave mekanike në qeliza
• Zhvillimi i sensorëve në shkallë nano
• Krijimi i biosensorëve për renditjen e ADN-së
• Gjenerimi i valëve ultratinguj për imazhe

Efekti piezoelektrik i ADN-së po hulumtohet gjithashtu për përdorimin e saj të mundshëm në zhvillimin e materialeve të reja, të tilla si nanotelat dhe nanotubat. Këto materiale mund të përdoren për një sërë aplikimesh, duke përfshirë ruajtjen dhe ndjeshmërinë e energjisë.

Efekti piezoelektrik i ADN-së është studiuar gjerësisht dhe është gjetur të jetë shumë i ndjeshëm ndaj stresit mekanik. Kjo e bën atë një mjet të vlefshëm për studiuesit dhe inxhinierët që kërkojnë të zhvillojnë materiale dhe teknologji të reja.

Si përfundim, ADN-ja është një material që shfaq efektin piezoelektrik, i cili është aftësia për të grumbulluar ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Ky efekt është përdorur në një sërë aplikimesh, duke përfshirë implantet mjekësore, sensorët në shkallë nano dhe renditjen e ADN-së. Ai po hulumtohet gjithashtu për përdorimin e tij të mundshëm në zhvillimin e materialeve të reja, të tilla si nanotelat dhe nanotubat.

proteinat

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve për të grumbulluar ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Materialet piezoelektrike, të tilla si proteinat, kristalet, qeramika dhe lënda biologjike si kocka dhe ADN-ja, e shfaqin këtë efekt. Proteinat, në veçanti, janë një material piezoelektrik unik, pasi ato përbëhen nga një strukturë komplekse aminoacidesh që mund të deformohen për të gjeneruar ngarkesë elektrike.

Proteinat janë lloji më i bollshëm i materialit piezoelektrik dhe ato gjenden në forma të ndryshme. Ato mund të gjenden në formën e enzimave, hormoneve dhe antitrupave, si dhe në formën e proteinave strukturore si kolagjeni dhe keratina. Proteinat gjenden gjithashtu në formën e proteinave të muskujve, të cilat janë përgjegjëse për tkurrjen dhe relaksimin e muskujve.

Efekti piezoelektrik i proteinave është për shkak të faktit se ato përbëhen nga një strukturë komplekse aminoacidesh. Kur këto aminoacide deformohen, ato gjenerojnë ngarkesë elektrike. Kjo ngarkesë elektrike më pas mund të përdoret për të fuqizuar një sërë pajisjesh, si sensorë dhe aktivizues.

Proteinat përdoren gjithashtu në një sërë aplikimesh mjekësore. Për shembull, ato përdoren për të zbuluar praninë e disa proteinave në trup, të cilat mund të përdoren për të diagnostikuar sëmundjet. Ato përdoren gjithashtu për të zbuluar praninë e baktereve dhe viruseve të caktuara, të cilat mund të përdoren për të diagnostikuar infeksionet.

Proteinat përdoren gjithashtu në një sërë aplikimesh industriale. Për shembull, ato përdoren për të krijuar sensorë dhe aktivizues për një sërë procesesh industriale. Ato përdoren gjithashtu për të krijuar materiale që mund të përdoren në ndërtimin e avionëve dhe automjeteve të tjera.

Si përfundim, proteinat janë një material unik piezoelektrik që mund të përdoret në një sërë aplikimesh. Ato përbëhen nga një strukturë komplekse aminoacidesh që mund të deformohen për të gjeneruar ngarkesë elektrike, dhe ato përdoren në një sërë aplikimesh mjekësore dhe industriale.

Marrja e Energjisë me Piezoelektricitet

Në këtë seksion, unë do të diskutoj se si piezoelektriciteti mund të përdoret për të korrur energji. Do të shikoj aplikimet e ndryshme të piezoelektricitetit, nga printimi piezoelektrik me bojë deri te gjeneratorët e orës dhe mikrobalancat. Do të eksploroj gjithashtu historinë e piezoelektricitetit, që nga zbulimi i tij nga Pierre Curie deri te përdorimi i tij në Luftën e Dytë Botërore. Së fundi, do të diskutoj gjendjen aktuale të industrisë piezoelektrike dhe potencialin për rritje të mëtejshme.

Printime me bojë piezoelektrike

Piezoelektriciteti është aftësia e materialeve të caktuara për të gjeneruar një ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Fjala 'piezoelektricitet' rrjedh nga fjalët greke 'piezein' (për të shtrydhur ose shtypur) dhe 'elektron' (qelibar), një burim i lashtë i ngarkesës elektrike. Materialet piezoelektrike, të tilla si kristalet, qeramika dhe lënda biologjike si kocka dhe ADN-ja, përdoren në një sërë aplikimesh.

Piezoelektriciteti përdoret për të gjeneruar energji elektrike të tensionit të lartë, si gjenerator i orës, në pajisjet elektronike dhe në mikrobalanca. Përdoret gjithashtu për të drejtuar grykë tejzanor dhe montime optike me fokusim ultrafine. Printimi me bojë piezoelektrike është një aplikim popullor i kësaj teknologjie. Ky është një lloj printimi që përdor kristale piezoelektrike për të gjeneruar një dridhje me frekuencë të lartë, e cila përdoret për të nxjerrë pikat e bojës në një faqe.

Zbulimi i piezoelektricitetit daton në vitin 1880, kur fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie zbuluan efektin. Që atëherë, efekti piezoelektrik është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme. Energjia piezoelektrike përdoret në artikujt e përditshëm si pajisjet e gatimit dhe ngrohjes me gaz, pishtarët, çakmakët dhe kapëset në kitarat e përforcuara elektronikisht dhe këmbëzat në bateri moderne elektronike.

Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në kërkimin shkencor. Është baza për skanimin e mikroskopëve të sondës, të cilët përdoren për të zgjidhur imazhet në një shkallë atomesh. Përdoret gjithashtu në reflektimet e fushës së kohës tejzanor, të cilët dërgojnë impulse tejzanor në një material dhe matin reflektimet për të zbuluar ndërprerjet dhe për të gjetur të metat brenda objekteve të derdhura prej metali dhe guri.

Zhvillimi i pajisjeve dhe materialeve piezoelektrike është nxitur nga nevoja për performancë më të mirë dhe procese më të lehta prodhimi. Në Shtetet e Bashkuara, zhvillimi i kristaleve të kuarcit për përdorim komercial ka qenë një faktor kryesor në rritjen e industrisë piezoelektrike. Në të kundërt, prodhuesit japonezë kanë qenë në gjendje të ndajnë shpejt informacionin dhe të zhvillojnë aplikacione të reja, duke çuar në një rritje të shpejtë në tregun japonez.

Piezoelektriciteti ka revolucionarizuar mënyrën se si ne përdorim energjinë, nga artikujt e përditshëm si çakmakët deri te kërkimet e avancuara shkencore. Është një teknologji e gjithanshme që na ka mundësuar të eksplorojmë dhe zhvillojmë materiale dhe aplikacione të reja dhe do të vazhdojë të jetë një pjesë e rëndësishme e jetës sonë për vitet në vijim.

Prodhimi i Energjisë Elektrike të Tensionit të Lartë

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve të ngurta për të grumbulluar ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Fjala 'piezoelektricitet' rrjedh nga fjalët greke 'piezein' që do të thotë 'shtrydhje' ose 'shtypje' dhe 'ēlektron' që do të thotë 'qelibar', një burim i lashtë i ngarkesës elektrike. Piezoelektriciteti është një ndërveprim linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike në materialet kristalore me simetri inversioni.

Efekti piezoelektrik është një proces i kthyeshëm; materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu efektin e kundërt piezoelektrik, gjenerimin e brendshëm të sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Për shembull, kristalet titanate të zirkonatit të plumbit gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i tij origjinal. Në të kundërt, kristalet mund të ndryshojnë dimensionin e tyre statik kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, një fenomen i njohur si efekti piezoelektrik invers, i cili përdoret në prodhimin e valëve ultratinguj.

Efekti piezoelektrik përdoret në një sërë aplikimesh, duke përfshirë prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë. Materialet piezoelektrike përdoren në prodhimin dhe zbulimin e tingullit, në printimin me bojë piezoelektrike, në gjeneratorët e orës, në pajisjet elektronike, në mikrobalancat, në grykat tejzanor të makinës dhe në asambletë optike me fokusim të hollë.

Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në aplikime të përditshme, të tilla si gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, në pishtarë, çakmakë dhe materiale me efekt piroelektrik, të cilat gjenerojnë potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës. Ky efekt u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë nga René Haüy dhe Antoine César Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie midis stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike, megjithëse eksperimentet e tyre rezultuan jo përfundimtare.

Njohuritë e kombinuara të piroelektricitetit dhe të kuptuarit e strukturave themelore kristalore dhanë rritjen e parashikimit të piroelektricitetit dhe aftësisë për të parashikuar sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua nga efekti i kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrat tartrati i natriumit të kaliumit dhe kuarci gjithashtu shfaqën piezoelektricitet, dhe një disk piezoelektrik u përdor për të gjeneruar një tension kur deformohej. Kjo u ekzagjerua shumë në demonstrimin e efektit piezoelektrik të drejtpërdrejtë nga Curies.

Vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike. Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik, por ishte një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës së kristaleve), i cili përshkruante klasat natyrore të kristaleve të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi me rigorozitet analizën e konstantës elektrike duke përdorur piezoe.

Zbatimi praktik i pajisjeve piezoelektrike filloi me zhvillimin e sonarit gjatë Luftës së Parë Botërore. Në Francë, Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse tejzanor. Detektori përbëhej nga një transduktor i bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku dhe një hidrofon për të zbuluar jehonën e kthyer. Duke emetuar një puls me frekuencë të lartë nga transduktori dhe duke matur kohën që duhet për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcejnë nga një objekt, ata ishin në gjendje të llogarisin distancën e objektit. Ata përdorën piezoelektricitet për ta bërë sonarin të suksesshëm dhe projekti krijoi një zhvillim dhe interes intensiv për pajisjet piezoelektrike gjatë dekadave në vijim.

U hulumtuan dhe u zhvilluan materiale të reja piezoelektrike dhe aplikime të reja për këto materiale. Pajisjet piezoelektrike gjetën shtëpi në fusha të ndryshme, të tilla si fishekë gramafon qeramikë, të cilët thjeshtuan dizajnin e luajtësit dhe krijuan rekorde më të lira dhe më të sakta që ishin më të lira për t'u mirëmbajtur dhe më të lehta për t'u ndërtuar. Zhvillimi i transduktorëve tejzanor lejoi matjen e lehtë të viskozitetit dhe elasticitetit të lëngjeve dhe trupave të ngurtë, duke rezultuar në përparime të mëdha në kërkimin e materialeve. Reflektometri tejzanor i domenit të kohës dërgon një puls tejzanor në një material dhe matin reflektimet dhe ndërprerjet për të gjetur defekte brenda objekteve të derdhura prej metali dhe guri, duke përmirësuar sigurinë strukturore.

Lufta e Dytë Botërore pa grupe të pavarura kërkimore në Shtetet e Bashkuara, Rusi dhe Japoni, zbuluan një klasë të re materialesh sintetike të quajtur fer

Gjenerator i orës

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve për të grumbulluar ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Ky fenomen është përdorur për të krijuar një sërë aplikacionesh të dobishme, duke përfshirë gjeneratorët e orës. Gjeneratorët e orës janë pajisje që përdorin piezoelektricitet për të gjeneruar sinjale elektrike me kohë të saktë.

Gjeneratorët e orës përdoren në një sërë aplikacionesh, si në kompjuterë, telekomunikacion dhe sisteme automobilistike. Ato përdoren gjithashtu në pajisjet mjekësore, si stimuluesit kardiak, për të siguruar kohën e saktë të sinjaleve elektrike. Gjeneratorët e orës përdoren gjithashtu në automatizimin industrial dhe robotikën, ku koha e saktë është thelbësore.

Efekti piezoelektrik bazohet në bashkëveprimin elektromekanik linear midis gjendjeve mekanike dhe elektrike në materialet kristalore me simetri inversioni. Ky efekt është i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet mund të gjenerojnë gjithashtu tendosje mekanike kur aplikohet një fushë elektrike. Ky njihet si efekti piezoelektrik i kundërt dhe përdoret për të prodhuar valë ultratinguj.

Gjeneratorët e orës përdorin këtë efekt piezoelektrik të anasjelltë për të gjeneruar sinjale elektrike me kohë të saktë. Materiali piezoelektrik deformohet nga një fushë elektrike, e cila e bën atë të lëkundet në një frekuencë specifike. Ky dridhje më pas shndërrohet në një sinjal elektrik, i cili përdoret për të gjeneruar një sinjal të saktë të kohës.

Gjeneratorët e orës përdoren në një sërë aplikacionesh, nga pajisjet mjekësore deri te automatizimi industrial. Ato janë të besueshme, të sakta dhe të lehta për t'u përdorur, duke i bërë ato një zgjedhje popullore për shumë aplikacione. Piezoelektriciteti është një pjesë e rëndësishme e teknologjisë moderne dhe gjeneratorët e orës janë vetëm një nga aplikimet e shumta të këtij fenomeni.

Pajisjet elektronike

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve të ngurta për të grumbulluar ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Ky fenomen, i njohur si efekti piezoelektrik, përdoret në një sërë pajisjesh elektronike, nga kapjet në kitarat e përforcuara elektronikisht deri te shkasat në bateri moderne elektronike.

Piezoelektriciteti rrjedh nga fjalët greke πιέζειν (piezein) që do të thotë "shtrydh" ose "shtyp" dhe ἤλεκτρον (ēlektron) që do të thotë "qelibar", një burim i lashtë i ngarkesës elektrike. Materialet piezoelektrike janë kristalet, qeramika dhe materiet biologjike si kockat dhe proteinat e ADN-së, të cilat shfaqin efektin piezoelektrik.

Efekti piezoelektrik është një ndërveprim linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike në materialet kristalore me simetri inversioni. Është një proces i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin efektin piezoelektrik shfaqin edhe efektin piezoelektrik të kundërt, që është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Për shembull, kristalet titanate të zirkonatit të plumbit gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i tij origjinal. Në të kundërt, kristalet mund të ndryshojnë dimensionin e tyre statik kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, një fenomen i njohur si efekti piezoelektrik invers, i cili përdoret në prodhimin e valëve ultratinguj.

Zbulimi i piezoelektricitetit i atribuohet fizikantëve francezë Pierre dhe Jacques Curie, të cilët demonstruan efektin e drejtpërdrejtë piezoelektrik në vitin 1880. Njohuritë e tyre të kombinuara të piroelektricitetit dhe të kuptuarit e strukturave kristalore në themel i dhanë shkas parashikimit të efektit piroelektrik dhe aftësisë për të parashikuar Sjellja e kristalit u demonstrua me efektin e kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle.

Piezoelektriciteti është përdorur në një sërë aplikimesh të përditshme, të tilla si gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe materialet me efekt piroelektrik që gjenerojnë potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës. Kjo u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë nga René Haüy dhe Antoine César Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie midis stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike. Eksperimentet rezultuan jo përfundimtare, megjithatë, derisa pamja e një piezokristali në muzeun e kompensatorit Curie në Skoci demonstroi efektin e drejtpërdrejtë piezoelektrik nga vëllezërit Curie.

Energjia piezoelektrike përdoret në një sërë pajisjesh elektronike, që nga kapjet në kitarat e përforcuara elektronikisht deri te shkasat në bateri moderne elektronike. Përdoret gjithashtu në prodhimin dhe zbulimin e tingullit, printimin piezoelektrik me bojë, prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës, mikrobalancat, grykat tejzanor të makinës dhe montimet optike me fokusim ultra të hollë. Piezoelektriciteti është gjithashtu baza për skanimin e mikroskopëve të sondës, të cilët përdoren për të zgjidhur imazhet në shkallën e atomeve.

Mikrobalancat

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve të ngurta për të grumbulluar ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Piezoelektriciteti rrjedh nga fjalët greke πιέζειν (piezein), që do të thotë "shtrydh" ose "shtyp", dhe ἤλεκτρον (ēlektron), që do të thotë "qelibar", një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Piezoelektriciteti përdoret në një sërë aplikimesh të përditshme, të tilla si gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit për pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe më shumë. Përdoret gjithashtu në prodhimin dhe zbulimin e zërit, dhe në printimin piezoelektrik me bojë.

Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu për të gjeneruar energji elektrike të tensionit të lartë dhe është baza e gjeneratorëve të orës dhe pajisjeve elektronike siç janë mikrobalancat. Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu për të drejtuar grykat tejzanor dhe asambletë optike me fokusim jashtëzakonisht të imët.

Zbulimi i piezoelektricitetit i është kredituar fizikantëve francezë Jacques dhe Pierre Curie në 1880. Vëllezërit Curie kombinuan njohuritë e tyre për piroelektricitetin dhe të kuptuarit e tyre të strukturave kristalore për të krijuar konceptin e piezoelektricitetit. Ata ishin në gjendje të parashikonin sjelljen e kristalit dhe demonstruan efektin në kristale të tilla si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle.

Efekti piezoelektrik u shfrytëzua për aplikime të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit. Zhvillimi i sonarit gjatë Luftës së Parë Botërore ishte një zbulim i madh në përdorimin e piezoelektricitetit. Pas Luftës së Dytë Botërore, grupe të pavarura kërkimore në Shtetet e Bashkuara, Rusi dhe Japoni zbuluan një klasë të re materialesh sintetike të quajtura ferroelektrike, të cilat shfaqnin konstante piezoelektrike deri në dhjetë herë më të larta se materialet natyrore.

Kjo çoi në kërkime dhe zhvillim intensiv të materialeve titanate të bariumit dhe më vonë të zirkonatit të plumbit, të cilat kishin veti specifike për aplikime të veçanta. Një shembull domethënës i përdorimit të kristaleve piezoelektrike u zhvillua në Bell Telephone Laboratories pas Luftës së Dytë Botërore.

Frederick R. Lack, duke punuar në departamentin e inxhinierisë radiotelefonike, zhvilloi një kristal të prerë që funksiononte në një gamë të gjerë temperaturash. Kristali i Lack nuk kishte nevojë për aksesorët e rëndë të kristaleve të mëparshme, duke lehtësuar përdorimin e tij në avion. Ky zhvillim i lejoi forcat ajrore aleate të përfshiheshin në sulme masive të koordinuara duke përdorur radion e aviacionit.

Zhvillimi i pajisjeve dhe materialeve piezoelektrike në Shtetet e Bashkuara mbajti disa kompani në biznes dhe zhvillimi i kristaleve të kuarcit u shfrytëzua komercialisht. Materialet piezoelektrike që atëherë janë përdorur në një sërë aplikimesh, duke përfshirë imazhet mjekësore, pastrimin me ultratinguj dhe më shumë.

Grykë me tejzanor me makinë

Piezoelektriciteti është ngarkesa elektrike që grumbullohet në disa materiale të ngurta si kristalet, qeramika dhe lëndët biologjike si kocka dhe ADN-ja. Është një përgjigje ndaj stresit të aplikuar mekanik dhe rrjedh nga fjalët greke 'piezein', që do të thotë 'shtrydhje' ose 'shtypje', dhe 'elektron', që do të thotë 'qelibar', një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Efekti piezoelektrik është një ndërveprim linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike të materialeve kristalore me simetri inversioni. Është një proces i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin efektin piezoelektrik shfaqin gjithashtu efektin piezoelektrik të kundërt, që është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Një shembull i kësaj janë kristalet titanate të zirkonatit të plumbit, të cilët gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i saj origjinal. Në të kundërt, kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, kristalet ndryshojnë dimensionin e tyre statik, duke rezultuar në efektin piezoelektrik të anasjelltë, që është prodhimi i valëve ultratinguj.

Fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie zbuluan piezoelektricitetin në 1880 dhe që atëherë është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit. Piezoelektriciteti gjen gjithashtu përdorime të përditshme, të tilla si gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe më shumë.

Efekti piroelektrik, i cili është materiali që gjeneron një potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës, u studiua nga Carl Linnaeus, Franz Aepinus dhe mesi i shekullit të 18-të duke nxjerrë njohuri nga René Haüy dhe Antoine César Becquerel, të cilët parashtruan marrëdhënien midis stresit mekanik dhe ngarkesë elektrike. Eksperimentet për të vërtetuar këtë nuk ishin përfundimtare.

Pamja e një piezo kristali në kompensatorin Curie në Muzeun Hunterian në Skoci është një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik nga vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie. Kombinimi i njohurive të tyre për piroelektricitetin dhe të kuptuarit e strukturave themelore kristalore dhanë shkas në parashikimin e piroelektricitetit dhe i lejoi ata të parashikonin sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua me efektin e kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrati i natriumit dhe tartratit të kaliumit dhe kuarci gjithashtu shfaqën piezoelektricitet, dhe një disk piezoelektrik u përdor për të gjeneruar një tension kur deformohej. Kjo u ekzagjerua shumë nga Curies për të parashikuar efektin piezoelektrik të kundërt, i cili u konkludua matematikisht nga parimet themelore termodinamike nga Gabriel Lippmann në 1881.

Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike. Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik, por ishte një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie në punën e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet. Kjo kulmoi me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës kristalore), i cili përshkruante klasat natyrore të kristaleve të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi në mënyrë rigoroze konstantet piezoelektrike përmes analizës së tensorit.

Zbatimi praktik i pajisjeve piezoelektrike filloi me sonarin, i cili u zhvillua gjatë Luftës së Parë Botërore. Në Francë, Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse tejzanor. Detektori përbëhej nga një transduktor i bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku, të quajtur hidrofon, për të zbuluar jehonën e kthyer pas lëshimit të një pulsi me frekuencë të lartë. Duke matur kohën që duhet për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcejnë nga një objekt, ata mund të llogarisin distancën e objektit. Ky përdorim i piezoelektricitetit në sonar ishte një sukses dhe projekti krijoi një zhvillim dhe interes intensiv për pajisjet piezoelektrike për dekada.

Materialet e reja piezoelektrike dhe aplikime të reja për këto materiale u hulumtuan dhe u zhvilluan, dhe pajisjet piezoelektrike gjetën shtëpi në fusha të tilla si fishekët gramatikorë qeramikë, të cilët thjeshtësuan dizajnin e luajtësit dhe krijuan rekorde më të lira dhe më të sakta që ishin më të lira për t'u mirëmbajtur dhe më të lehta për t'u ndërtuar. . Zhvillimi i transduktorëve tejzanor lejoi matjen e lehtë të viskozitetit dhe elasticitetit të lëngjeve dhe trupave të ngurtë, duke rezultuar në përparime të mëdha në kërkimin e materialeve. Reflektometrat tejzanor të domenit të kohës dërgojnë një puls tejzanor përmes një materiali dhe matin reflektimet dhe ndërprerjet për të gjetur të metat brenda objekteve të derdhura prej metali dhe guri

Asambletë optike me fokusim ultrafine

Piezoelektriciteti është aftësia e disa materialeve për të grumbulluar ngarkesë elektrike kur i nënshtrohen stresit mekanik. Është një bashkëveprim elektromekanik linear midis gjendjeve elektrike dhe mekanike të materialeve kristalore me simetri inversioni. Piezoelektriciteti është një proces i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu efektin e kundërt piezoelektrik, i cili është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar.

Piezoelektriciteti është përdorur në një sërë aplikimesh, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, dhe prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë. Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në printimin me bojë, gjeneratorët e orës, pajisjet elektronike, mikrobalancat, grykat tejzanor të makinës dhe montimet optike me fokusim ultra të hollë.

Piezoelektriciteti u zbulua në vitin 1880 nga fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie. Efekti piezoelektrik përdoret në aplikime të dobishme, si prodhimi dhe zbulimi i zërit, dhe gjenerimi i energjisë elektrike të tensionit të lartë. Përdoret gjithashtu printimi me bojë piezoelektrike, si dhe gjeneratorët e orës, pajisjet elektronike, mikrobalancat, hundët e makinës tejzanor dhe montimet optike me fokusim ultra të hollë.

Piezoelektriciteti ka gjetur rrugën e tij në përdorimet e përditshme, të tilla si gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit për pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe materialet me efekt piroelektrik që gjenerojnë potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës. Ky efekt u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë nga René Haüy dhe Antoine César Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie midis stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike. Eksperimentet rezultuan jopërfundimtare.

Pamja e një piezo kristali në kompensatorin Curie në Muzeun Hunterian në Skoci është një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik nga vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie. Të kombinuara me njohuritë e tyre për piroelektricitetin dhe të kuptuarit e tyre për strukturat themelore kristalore, ata krijuan parashikimin e piroelektricitetit dhe aftësinë për të parashikuar sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua në efektin e kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle.

Tetrahidrati i tartratit të natriumit dhe kaliumit, dhe kripa e kuarcit dhe Rochelle shfaqën piezoelektricitet, dhe një disk piezoelektrik u përdor për të gjeneruar një tension kur deformohej, megjithëse ndryshimi në formë ishte shumë i ekzagjeruar. Curies parashikoi efektin piezoelektrik të kundërt dhe efekti i kundërt u konkludua matematikisht nga parimet themelore termodinamike nga Gabriel Lippmann në 1881. Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të elektro- deformimet elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike.

Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik derisa u bë një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës kristalore). Kjo përshkroi klasat natyrore të kristaleve të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi në mënyrë rigoroze konstantet piezoelektrike duke përdorur analizën e tensorit për aplikim praktik të pajisjeve piezoelektrike.

Zhvillimi i sonarit ishte një projekt i suksesshëm që krijoi një zhvillim dhe interes intensiv për pajisjet piezoelektrike. Dekada më vonë, u hulumtuan dhe u zhvilluan materiale të reja piezoelektrike dhe aplikime të reja për këto materiale. Pajisjet piezoelektrike gjetën shtëpi në fusha të ndryshme, të tilla si fishekë gramafon qeramikë, të cilët thjeshtuan dizajnin e luajtësit dhe i bënë luajtësit e regjistrimeve më të lirë dhe më të lehtë për t'u mirëmbajtur dhe ndërtuar. Zhvillimi i transduktorëve tejzanor lejoi matjen e lehtë të viskozitetit dhe elasticitetit të lëngjeve dhe trupave të ngurtë, duke rezultuar në përparime të mëdha në kërkimin e materialeve. Reflektometri tejzanor i domenit të kohës dërgon një puls tejzanor në një material dhe matin reflektimet dhe ndërprerjet për të gjetur defekte brenda objekteve të derdhura prej metali dhe guri, duke përmirësuar sigurinë strukturore.

Fillimet e fushës së interesave piezoelektrike u siguruan me patentat fitimprurëse të materialeve të reja të zhvilluara nga kristalet e kuarcit, të cilat shfrytëzoheshin komercialisht si material piezoelektrik. Shkencëtarët kërkuan materiale me performancë më të lartë dhe pavarësisht përparimeve në materiale dhe maturimit të proceseve të prodhimit, tregu i Shteteve të Bashkuara nuk u rrit shpejt. Në të kundërt, prodhuesit japonezë ndanë informacionin shpejt dhe aplikimet e reja për rritje në industrinë piezoelektrike të Shteteve të Bashkuara pësuan në kontrast me prodhuesit japonezë.

Motorët piezoelektrikë

Në këtë seksion, unë do të flas për mënyrën se si piezoelektriciteti përdoret në teknologjinë moderne. Nga mikroskopët e sondës skanuese që mund të zgjidhin imazhet në shkallën e atomeve deri te kapjet për kitarat e përforcuara elektronikisht dhe këmbëzat për bateri moderne elektronike, piezoelektriciteti është bërë pjesë përbërëse e shumë pajisjeve. Do të eksploroj historinë e piezoelektricitetit dhe se si është përdorur në një sërë aplikacionesh.

Formon bazën e mikroskopëve të sondës skanuese

Piezoelektriciteti është ngarkesa elektrike që grumbullohet në disa materiale të ngurta, të tilla si kristalet, qeramika dhe materiet biologjike si kockat dhe ADN-ja. Është përgjigja ndaj stresit mekanik të aplikuar dhe fjala piezoelektricitet vjen nga fjala greke πιέζειν (piezein) që do të thotë "shtrydh" ose "shtyp" dhe ἤλεκτρον (ēlektron) që do të thotë "qelibar", një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Motorët piezoelektrikë janë pajisje që përdorin efektin piezoelektrik për të gjeneruar lëvizje. Ky efekt është ndërveprimi linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike në materialet kristalore me simetri inversioni. Është një proces i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin efektin piezoelektrik shfaqin edhe efektin piezoelektrik të kundërt, që është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Shembuj të materialeve që gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm janë kristalet titanate të zirkonatit të plumbit.

Efekti piezoelektrik shfrytëzohet në aplikacione të dobishme, si prodhimi dhe zbulimi i zërit, printimi me bojë piezoelektrike, gjenerimi i energjisë elektrike me tension të lartë, gjeneratorët e orës dhe pajisjet elektronike si mikrobalancat dhe grykat tejzanor të drejtimit për montime optike me fokusim të hollë. Ai gjithashtu formon bazën e mikroskopëve të sondës skanuese, të cilat përdoren për të zgjidhur imazhet në shkallën e atomeve.

Piezoelektriciteti u zbulua në vitin 1880 nga fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie. Pamja e një kristali piezo dhe kompensuesi Curie mund të shihet në Muzeun Hunterian në Skoci, i cili është një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik nga vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie.

Kombinimi i njohurive të tyre për piroelektricitetin dhe të kuptuarit e tyre për strukturat themelore kristalore dhanë shkas në parashikimin e piroelektricitetit, i cili i lejoi ata të parashikonin sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua nga efekti i kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrati i tartratit të natriumit dhe kaliumit, dhe kripa e kuarcit dhe Rochelle shfaqën piezoelektricitet, dhe një disk piezoelektrik u përdor për të gjeneruar një tension kur deformohej, megjithëse kjo u ekzagjerua shumë nga Curies.

Ata gjithashtu parashikuan efektin piezoelektrik të kundërt, dhe kjo u konkludua matematikisht nga parimet themelore termodinamike nga Gabriel Lippmann në 1881. Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të elektroelasto- deformimet mekanike në kristalet piezoelektrike.

Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik derisa u bë një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës kristalore), i cili përshkruante klasat natyrale të kristaleve të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi me rigorozitet analizën e konstantës dhe tensionit elektrik piezoe.

Kjo çoi në aplikimin praktik të pajisjeve piezoelektrike, të tilla si sonari, i cili u zhvillua gjatë Luftës së Parë Botërore. Në Francë, Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse me ultratinguj. Ky detektor përbëhej nga një transduktor i bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku dhe një hidrofon për të zbuluar jehonën e kthyer pas lëshimit të një impulsi me frekuencë të lartë nga dhënës. Duke matur kohën që duhet për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcejnë nga një objekt, ata ishin në gjendje të llogarisin distancën e objektit. Ata përdorën piezoelektricitet për ta bërë këtë sonar një sukses, dhe projekti krijoi një zhvillim dhe interes intensiv për pajisjet piezoelektrike për dekada.

Materialet e reja piezoelektrike dhe aplikacionet e reja për këto materiale u hulumtuan dhe u zhvilluan, dhe pajisjet piezoelektrike gjetën shtëpi në shumë fusha, të tilla si fishekët fonografë qeramikë, të cilët thjeshtuan dizajnin e luajtësit dhe krijuan rekorde më të lira dhe më të sakta që ishin më të lira për t'u mirëmbajtur dhe më të lehtë. për të ndërtuar. Zhvillimi i transduktorëve tejzanor lejoi matjen e lehtë të viskozitetit dhe elasticitetit të lëngjeve dhe trupave të ngurtë, duke rezultuar në përparime të mëdha në kërkimin e materialeve. Reflektometri tejzanor i domenit të kohës dërgon një puls tejzanor në një material dhe matin reflektimet dhe ndërprerjet për të gjetur defekte brenda objekteve të derdhura prej metali dhe guri, duke përmirësuar sigurinë strukturore.

Gjatë Luftës së Dytë Botërore, grupe të pavarura kërkimore në Shtetet e Bashkuara

Zgjidhja e imazheve në shkallën e atomeve

Piezoelektriciteti është ngarkesa elektrike që grumbullohet në disa materiale të ngurta si kristalet, qeramika dhe lëndët biologjike si kocka dhe ADN-ja. Është një përgjigje ndaj stresit mekanik të aplikuar dhe rrjedh nga fjala greke 'piezein', që do të thotë të shtrydh ose shtyp. Efekti piezoelektrik rezulton nga ndërveprimi linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike në materialet kristalore me simetri inversioni.

Piezoelektriciteti është një proces i kthyeshëm dhe materialet që shfaqin efektin piezoelektrik shfaqin gjithashtu efektin piezoelektrik të kundërt, i cili është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Shembuj të kësaj përfshijnë kristalet titanate të zirkonatit të plumbit, të cilët gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i tij origjinal. Në të kundërt, kristalet ndryshojnë dimensionin e tyre statik kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, e cila njihet si efekti piezoelektrik i kundërt dhe përdoret në prodhimin e valëve ultratinguj.

Fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie zbuluan piezoelektricitetin në 1880. Efekti piezoelektrik është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin me bojë piezoelektrike, prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës dhe pajisjet elektronike si. mikrobalancat dhe ngasin grykë tejzanor. Ai gjithashtu formon bazën e mikroskopëve të sondës skanuese, të cilat përdoren për të zgjidhur imazhet në shkallën e atomeve.

Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në aplikime të përditshme, të tilla si gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe më shumë. Efekti piroelektrik, i cili është një material që gjeneron një potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës, u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të. Duke u mbështetur në njohuritë e René Haüy dhe Antoine César Becquerel, ata parashtruan një marrëdhënie midis stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike, por eksperimentet e tyre rezultuan jopërfundimtare.

Vizitorët në Muzeun Hunterian në Glasgow mund të shohin një kompensues piezo kristal Curie, një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik nga vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie. Të kombinuara me njohuritë e tyre për piroelektricitetin dhe të kuptuarit e strukturave kristalore themelore, ata krijuan parashikimin e piroelektricitetit dhe aftësinë për të parashikuar sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua nga efekti i kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrati i tartratit të natriumit dhe kaliumit, dhe kripa e kuarcit dhe Rochelle shfaqën piezoelektricitet, dhe një disk piezoelektrik gjeneron një tension kur deformohet, megjithëse ndryshimi në formë është shumë i ekzagjeruar. Curies ishin në gjendje të parashikonin efektin piezoelektrik të kundërt, dhe efekti i kundërt u konkludua matematikisht nga parimet themelore termodinamike nga Gabriel Lippmann në 1881.

Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike. Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik, por ishte një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës kristalore).

Pickup kitara të përforcuara në mënyrë elektronike

Motorët piezoelektrikë janë motorë elektrikë që përdorin efektin piezoelektrik për të kthyer energjinë elektrike në energji mekanike. Efekti piezoelektrik është aftësia e disa materialeve për të gjeneruar një ngarkesë elektrike kur i nënshtrohen stresit mekanik. Motorët piezoelektrikë përdoren në një sërë aplikimesh, nga fuqizimi i pajisjeve të vogla si orët dhe orët deri te fuqizimi i makinerive më të mëdha si robotët dhe pajisjet mjekësore.

Motorët piezoelektrikë përdoren në kitarat e përforcuara elektronikisht. Këto kapëse përdorin efektin piezoelektrik për të kthyer dridhjet e telit të kitarës në një sinjal elektrik. Ky sinjal më pas përforcohet dhe dërgohet në një përforcues, i cili prodhon tingullin e kitarës. Kamionët piezoelektrikë përdoren gjithashtu në bateritë moderne elektronike, ku përdoren për të zbuluar dridhjet e kokave të daulleve dhe për t'i kthyer ato në një sinjal elektrik.

Motorët piezoelektrikë përdoren gjithashtu në mikroskopët e sondës skanuese, të cilët përdorin efektin piezoelektrik për të lëvizur një sondë të vogël nëpër një sipërfaqe. Kjo i lejon mikroskopit të zgjidhë imazhet në shkallën e atomeve. Motorët piezoelektrikë përdoren gjithashtu në printerët me bojë, ku përdoren për të lëvizur kokën e printimit përpara dhe mbrapa nëpër faqe.

Motorët piezoelektrikë përdoren në një sërë aplikacionesh të tjera, duke përfshirë pajisjet mjekësore, komponentët e automobilave dhe elektronikën e konsumit. Ato përdoren gjithashtu në aplikime industriale, si në prodhimin e pjesëve precize dhe në montimin e komponentëve komplekse. Efekti piezoelektrik përdoret gjithashtu në prodhimin e valëve ultratinguj, të cilat përdoren në imazherinë mjekësore dhe në zbulimin e defekteve në materiale.

Në përgjithësi, motorët piezoelektrikë përdoren në një gamë të gjerë aplikimesh, nga fuqizimi i pajisjeve të vogla deri te makineritë më të mëdha. Ato përdoren në kitara të përforcuara elektronikisht, bateri moderne elektronike, mikroskopë me sonda skanimi, printera me bojë, pajisje mjekësore, komponentë automobilistikë dhe elektronikë të konsumit. Efekti piezoelektrik përdoret gjithashtu në prodhimin e valëve ultratinguj dhe në zbulimin e defekteve në materiale.

Shkakton bateritë moderne elektronike

Piezoelektriciteti është ngarkesa elektrike që grumbullohet në disa materiale të ngurta si kristalet, qeramika dhe lëndët biologjike si kocka dhe ADN-ja. Është përgjigja e këtyre materialeve ndaj stresit mekanik të aplikuar. Fjala piezoelektricitet rrjedh nga fjala greke "piezein", që do të thotë "shtrydh ose shtyp" dhe fjala "elektron", që do të thotë "qelibar", një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Motorët piezoelektrikë janë pajisje që përdorin efektin piezoelektrik për të gjeneruar lëvizje. Ky efekt rezulton nga ndërveprimi linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike të materialeve kristalore me simetri inversioni. Është një proces i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin efektin piezoelektrik shfaqin gjithashtu efektin piezoelektrik të kundërt, që është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Një shembull i kësaj janë kristalet titanate të zirkonatit të plumbit, të cilët gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i saj origjinal. Në të kundërt, kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, kristalet ndryshojnë dimensionin e tyre statik, duke prodhuar valë ultratinguj.

Motorët piezoelektrikë përdoren në një sërë aplikimesh të përditshme, si:

• Gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes
• Pishtarë, çakmakë dhe materiale me efekt piroelektrik
• Gjenerimi i potencialit elektrik në përgjigje të ndryshimit të temperaturës
• Prodhimi dhe zbulimi i zërit
• Printim me bojë piezoelektrike
• Prodhimi i energjisë elektrike të tensionit të lartë
• Gjenerator i orës dhe pajisje elektronike
• Mikrobalancat
• Drejtoni grykë tejzanor dhe montime optike me fokusim tepër të imët
• Formon bazën e mikroskopëve të sondës skanuese
• Të zgjidhin imazhet në shkallën e atomeve
• Merr kitara të përforcuara në mënyrë elektronike
• Aktivizon bateri moderne elektronike.

Modelimi elektromekanik i transduktorëve piezoelektrikë

Në këtë seksion, unë do të eksploroj modelimin elektromekanik të dhënësve piezoelektrikë. Do të shikoj historinë e zbulimit të piezoelektricitetit, eksperimentet që vërtetuan ekzistencën e tij dhe zhvillimin e pajisjeve dhe materialeve piezoelektrike. Do të diskutoj gjithashtu kontributet e fizikantëve francezë Pierre dhe Jacques Curie, Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus, Rene Hauy dhe Antoine Cesar Becquerel, Gabriel Lippmann dhe Woldemar Voigt.

Fizikanët francezë Pierre dhe Jacques Curie

Piezoelektriciteti është një fenomen elektromekanik ku ngarkesa elektrike grumbullohet në disa materiale të ngurta si kristale, qeramikë dhe lëndë biologjike si kocka dhe ADN. Kjo ngarkesë krijohet në përgjigje të një stresi mekanik të aplikuar. Fjala 'piezoelektricitet' rrjedh nga fjala greke 'piezein', që do të thotë 'shtrydh ose shtyp', dhe 'elektron', që do të thotë 'qelibar', një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Efekti piezoelektrik rezulton nga një ndërveprim linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike në materialet me simetri inversioni. Ky efekt është i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin efektin piezoelektrik shfaqin gjithashtu efektin e kundërt piezoelektrik, ku gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik prodhohet në përgjigje të një fushe elektrike të aplikuar. Për shembull, kristalet titanate të zirkonatit të plumbit gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i tij origjinal. Në të kundërt, kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, kristalet ndryshojnë dimensionin e tyre statik, duke prodhuar valë ultratinguj në procesin e njohur si efekti piezoelektrik invers.

Në vitin 1880, fizikanët francezë Pierre dhe Jacques Curie zbuluan efektin piezoelektrik dhe që atëherë është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e tingullit, printimin me bojë piezoelektrike, prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës dhe elektronike. pajisje të tilla si mikrobalancat dhe ngasja e grykave tejzanor për montime optike me fokusim jashtëzakonisht të imët. Ai gjithashtu formon bazën për skanimin e mikroskopëve të sondës, të cilët mund të zgjidhin imazhet në shkallën e atomeve. Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në kamionçinë për kitarat e përforcuara elektronikisht dhe këmbëzat për bateri moderne elektronike.

Piezoelektriciteti gjen gjithashtu përdorime të përditshme, të tilla si gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe më shumë. Efekti piroelektrik, ku një material gjeneron një potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës, u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë e René Hauy dhe Antoine César Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie midis stresi mekanik dhe ngarkesa elektrike, megjithëse eksperimentet e tyre rezultuan jopërfundimtare.

Duke kombinuar njohuritë e tyre për piroelektricitetin me një kuptim të strukturave themelore kristalore, Curies ishin në gjendje të krijonin parashikimin e piroelektricitetit dhe të parashikonin sjelljen e kristaleve. Kjo u demonstrua në efektin e kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrat tartrati i natriumit të kaliumit dhe kuarci gjithashtu shfaqën piezoelektricitet. Një disk piezoelektrik gjeneron një tension kur deformohet, megjithëse kjo ekzagjerohet shumë në demonstrimin e Curies. Ata ishin gjithashtu në gjendje të parashikonin efektin piezoelektrik të kundërt dhe ta nxirrnin atë matematikisht nga parimet themelore termodinamike të Gabriel Lippmann në 1881.

Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike. Në dekadat që pasuan, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik derisa u bë një mjet jetësor në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e "Lehrbuch der Kristallphysik" të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës kristalore).

Eksperimentet rezultuan të papërfunduara

Piezoelektriciteti është një fenomen elektromekanik në të cilin ngarkesa elektrike grumbullohet në disa materiale të ngurta, të tilla si kristale, qeramika dhe lëndë biologjike si kocka dhe ADN. Është përgjigja ndaj stresit të aplikuar mekanik dhe fjala 'piezoelektricitet' rrjedh nga fjalët greke 'piezein', që do të thotë 'shtrydh ose shtyp', dhe 'ēlektron', që do të thotë 'qelibar', një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Efekti piezoelektrik rezulton nga ndërveprimi linear elektromekanik midis gjendjeve mekanike dhe elektrike të materialeve kristalore me simetri inversioni. Është një proces i kthyeshëm; materialet që shfaqin efektin piezoelektrik shfaqin gjithashtu efektin piezoelektrik të kundërt, i cili është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Për shembull, kristalet titanate të zirkonatit të plumbit gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i tij origjinal. Në të kundërt, kristalet mund të ndryshojnë dimensionin e tyre statik kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, e njohur si efekti piezoelektrik i kundërt, i cili përdoret në prodhimin e valëve ultratinguj.

Fizikanët francezë Pierre dhe Jacques Curie zbuluan piezoelektricitetin në 1880. Që atëherë ai është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin me bojë piezoelektrike, gjenerimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës dhe pajisjet elektronike si mikrobalancat , ngasni grykë tejzanor dhe montime optike me fokusim tepër të imët. Ai gjithashtu formon bazën e mikroskopëve të sondës skanuese, të cilat mund të zgjidhin imazhet në shkallën e atomeve. Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në kamionçinë për kitarat e përforcuara elektronikisht dhe shkasat për bateri moderne elektronike.

Piezoelektriciteti gjen përdorime të përditshme në gjenerimin e shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe më shumë. Efekti piroelektrik, në të cilin një material gjeneron një potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës, u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë e René Hauy dhe Antoine César Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie. ndërmjet stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike. Eksperimentet rezultuan jopërfundimtare.

Njohuritë e kombinuara të piroelektricitetit dhe të kuptuarit e strukturave themelore kristalore dhanë rritjen e parashikimit të piroelektricitetit dhe aftësisë për të parashikuar sjelljen e kristaleve. Kjo u demonstrua në efektin e kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrat tartrati i natriumit të kaliumit dhe kuarci gjithashtu shfaqën piezoelektricitet, dhe një disk piezoelektrik u përdor për të gjeneruar një tension kur deformohej. Kjo u ekzagjerua shumë në demonstrimin e efektit piezoelektrik të drejtpërdrejtë nga Curies.

Vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie parashikuan efektin piezoelektrik të kundërt dhe efekti i kundërt u konkludua matematikisht nga parimet themelore termodinamike nga Gabriel Lippmann në 1881. Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të plotë kthyeshmëria e deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike.

Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik, por ishte një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës kristalore). Kjo përshkroi klasat natyrore të kristalit të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi në mënyrë rigoroze konstantet piezoelektrike duke përdorur analizën e tensorit. Ky ishte aplikimi i parë praktik i dhënësve piezoelektrikë dhe sonar u zhvillua gjatë Luftës së Parë Botërore. Në Francë, Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse tejzanor.

Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus

Piezoelektriciteti është një fenomen elektromekanik në të cilin ngarkesa elektrike grumbullohet në disa materiale të ngurta si kristale, qeramika dhe lëndë biologjike si kocka dhe ADN. Kjo ngarkesë krijohet si përgjigje ndaj stresit mekanik të aplikuar. Fjala piezoelektricitet vjen nga fjalët greke πιέζειν (piezein) që do të thotë "shtrydh ose shtyp" dhe ἤλεκτρον (ēlektron) që do të thotë "qelibar", një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Efekti piezoelektrik rezulton nga një bashkëveprim elektromekanik linear midis gjendjeve mekanike dhe elektrike të materialeve kristalore me simetri përmbysjeje. Ky efekt është i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu efektin piezoelektrik të kundërt, që është gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Për shembull, kristalet titanate të zirkonatit të plumbit gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i tij origjinal. Në të kundërt, kristalet mund të ndryshojnë dimensionin e tyre statik kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, e cila njihet si efekti piezoelektrik i kundërt dhe përdoret në prodhimin e valëve ultratinguj.

Në 1880, fizikanët francezë Jacques dhe Pierre Curie zbuluan efektin piezoelektrik dhe që atëherë është shfrytëzuar për shumë aplikacione të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin me bojë piezoelektrike, gjenerimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës, pajisjet elektronike, mikrobalancat. , ngasni grykë tejzanor dhe montime optike me fokusim tepër të imët. Ai gjithashtu përbën bazën për skanimin e mikroskopëve të sondës, të cilët përdoren për të zgjidhur imazhet në shkallën e atomeve. Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në kamionçinë për kitarat e përforcuara elektronikisht dhe këmbëzat për bateri moderne elektronike.

Piezoelektriciteti gjendet gjithashtu në përdorimet e përditshme, të tilla si gjenerimi i shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, pishtarët, çakmakët dhe efekti piroelektrik, i cili është kur një material gjeneron një potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës. Ky efekt u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë nga René Hauy dhe Antoine César Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie midis stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike, megjithëse eksperimentet e tyre rezultuan jopërfundimtare.

Pamja e një piezo kristali në kompensuesin Curie në Muzeun Hunterian në Skoci është një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik nga vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie. Kombinimi i njohurive të tyre për piroelektricitetin me të kuptuarit e strukturave themelore kristalore i dha të rritet parashikimi i piroelektricitetit dhe aftësia për të parashikuar sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua nga efekti i kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrati i tartratit të natriumit të kaliumit dhe kuarci nga kripa e Rochelle shfaqën piezoelektricitet, dhe një disk piezoelektrik gjeneron një tension kur deformohet, megjithëse kjo është ekzagjeruar shumë në demonstrimin e Curies.

Parashikimi i efektit piezoelektrik të kundërt dhe zbritja e tij matematikore nga parimet themelore termodinamike u bë nga Gabriel Lippmann në 1881. Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të elektroelasto- deformimet mekanike në kristalet piezoelektrike. Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik derisa u bë një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie, të cilët e përdorën atë për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet. Kjo kulmoi me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt-it (Libër mësuesi i fizikës kristalore), i cili përshkruante klasat natyrore të kristaleve të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi në mënyrë rigoroze konstantet piezoelektrike duke përdorur analizën tensore.

Ky aplikim praktik i dhënësve piezoelektrikë çoi në zhvillimin e sonarit gjatë Luftës së Parë Botërore. Në Francë, Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse me ultratinguj. Detektori përbëhej nga një transduktor i bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku dhe një hidrofon për të zbuluar jehonën e kthyer pasi lëshonte një puls me frekuencë të lartë nga dhënës. Duke matur kohën që duhet për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcejnë nga një objekt, ata ishin në gjendje të llogarisin distancën e objektit. Ata përdorën piezoelektricitet për ta bërë këtë sonar një sukses, dhe projekti krijoi një zhvillim dhe interes intensiv për pajisjet piezoelektrike

Rene Hauy dhe Antoine Cesar Becquerel

Piezoelektriciteti është një fenomen elektromekanik që ndodh kur disa materiale të ngurta, të tilla si kristalet, qeramika dhe lënda biologjike si kocka dhe ADN-ja, grumbullojnë ngarkesë elektrike në përgjigje të stresit mekanik të aplikuar. Piezoelektriciteti rrjedh nga fjala greke 'piezein', që do të thotë 'shtrydh ose shtyp', dhe 'elektron', që do të thotë 'qelibar', një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Efekti piezoelektrik rezulton nga një ndërveprim elektromekanik linear midis gjendjeve mekanike dhe elektrike në materialet kristalore me simetri inversioni. Ky efekt është i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin efektin piezoelektrik shfaqin gjithashtu efektin piezoelektrik të kundërt, ose gjenerimin e brendshëm të sforcimit mekanik që rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Për shembull, kristalet titanate të zirkonatit të plumbit gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i tij origjinal. Në të kundërt, kristalet mund të ndryshojnë dimensionin e tyre statik kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, duke rezultuar në efektin piezoelektrik të anasjelltë dhe prodhimin e valëve ultratinguj.

Fizikanët francezë Pierre dhe Jacques Curie zbuluan efektin piezoelektrik në 1880. Ky efekt është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin piezoelektrik me bojë, prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës dhe pajisjet elektronike si mikrobalancat, ngasni hundët tejzanor dhe montimet optike me fokusim tepër të imët. Ai gjithashtu formon bazën e mikroskopëve të sondës skanuese, të cilat mund të zgjidhin imazhet në një shkallë atomesh. Piezoelektriciteti përdoret gjithashtu në kamionçinë për kitarat e përforcuara elektronikisht dhe shkasat për bateri moderne elektronike.

Efekti piezoelektrik u studiua për herë të parë nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë nga Rene Hauy dhe Antoine Cesar Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie midis stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike. Sidoqoftë, eksperimentet rezultuan jokonkluzive. E kombinuar me njohuritë e piroelektricitetit dhe të kuptuarit e strukturave themelore të kristalit, kjo krijoi parashikimin e piroelektricitetit dhe aftësinë për të parashikuar sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua në efektin e kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. Tetrahidrat tartrati i natriumit të kaliumit dhe kuarci gjithashtu shfaqën piezoelektricitet, dhe një disk piezoelektrik u përdor për të gjeneruar një tension kur deformohej. Ky efekt u ekzagjerua shumë në demonstrimin e Curies në Muzeun e Skocisë, i cili tregoi efektin e drejtpërdrejtë piezoelektrik.

Vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike. Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik, derisa u bë një mjet jetësor në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Kjo punë eksploroi dhe përcaktoi strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet, duke arritur kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës kristalore).

Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të nxjerrin matematikisht parimet themelore termodinamike të efektit të kundërt. Kjo u bë nga Gabriel Lippmann në 1881. Piezoelektriciteti u përdor më pas për të zhvilluar sonarin gjatë Luftës së Parë Botërore. Në Francë, Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse tejzanor. Ky detektor përbëhej nga një transduktor i bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku dhe një hidrofon për të zbuluar jehonën e kthyer. Duke emetuar një puls me frekuencë të lartë nga transduktori dhe duke matur kohën që duhet për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcejnë nga një objekt, ata mund të llogarisin distancën nga objekti.

Përdorimi i kristaleve piezoelektrike u zhvillua më tej nga Bell Telephone Laboratories pas Luftës së Dytë Botërore. Frederick R. Lack, duke punuar në departamentin e inxhinierisë radiotelefonike, zhvilloi një kristal të prerë që mund të funksiononte në një gamë të gjerë temperaturash. Kristali i Lack nuk kishte nevojë për aksesorët e rëndë të kristaleve të mëparshme, duke lehtësuar përdorimin e tij në avion. Ky zhvillim i lejoi forcat ajrore aleate të përfshiheshin në sulme masive të koordinuara, duke përdorur radion e aviacionit. Zhvillimi i pajisjeve dhe materialeve piezoelektrike në Shtetet e Bashkuara i mbajti kompanitë në zhvillimin e fillimeve të luftës në këtë fushë dhe u zhvilluan interesat për të siguruar patenta fitimprurëse për materialet e reja. Kristalet e kuarcit u shfrytëzuan komercialisht si një material piezoelektrik dhe shkencëtarët kërkuan materiale me performancë më të lartë. Pavarësisht përparimeve në materiale dhe maturimit të proceseve të prodhimit, Shtetet e Bashkuara

Gabriel Lippmann

Piezoelektriciteti është një fenomen elektromekanik në të cilin ngarkesa elektrike grumbullohet në disa materiale të ngurta, të tilla si kristale, qeramika dhe lëndë biologjike si kocka dhe ADN. Është rezultat i një ndërveprimi ndërmjet gjendjeve mekanike dhe elektrike në materialet me simetri inversioni. Piezoelektriciteti u zbulua për herë të parë nga fizikanët francezë Pierre dhe Jacques Curie në 1880.

Piezoelektriciteti është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e zërit, printimin me bojë piezoelektrike dhe prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë. Piezoelektriciteti rrjedh nga fjalët greke πιέζειν (piezein) që do të thotë "shtrydh ose shtyp" dhe ἤλεκτρον (ēlektron) që do të thotë "qelibar", një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Efekti piezoelektrik është i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu efektin piezoelektrik të kundërt, në të cilin gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik rezulton nga aplikimi i një fushe elektrike. Për shembull, kristalet titanate të zirkonatit të plumbit gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i tij origjinal. Në të kundërt, kristalet mund të ndryshojnë dimensionin e tyre statik kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, një proces i njohur si efekti piezoelektrik invers. Ky proces mund të përdoret për të prodhuar valë ultratinguj.

Efekti piezoelektrik është studiuar që nga mesi i shekullit të 18-të, kur Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus, duke u mbështetur në njohuritë e René Hauy dhe Antoine César Becquerel, parashtruan një marrëdhënie midis stresit mekanik dhe ngarkesës elektrike. Sidoqoftë, eksperimentet rezultuan të pasigurta. Vetëm njohuritë e kombinuara të piroelektricitetit dhe të kuptuarit e strukturave themelore kristalore dhanë shkas në parashikimin e piroelektricitetit që studiuesit ishin në gjendje të parashikonin sjelljen e kristalit. Kjo u demonstrua nga efekti i kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle.

Gabriel Lippmann, në 1881, nxori matematikisht parimet themelore termodinamike të efektit piezoelektrik të kundërt. Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike.

Për dekada, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik derisa u bë një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre dhe Marie Curie. Puna e tyre për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet arriti kulmin me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt (Libër mësuesi i fizikës kristalore). Kjo përshkroi klasat natyrore të kristaleve të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi në mënyrë rigoroze konstantet piezoelektrike me analizë tensore.

Zbatimi praktik i pajisjeve piezoelektrike filloi me zhvillimin e sonarit gjatë Luftës së Parë Botërore. Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse tejzanor. Ky detektor përbëhej nga një transduktor i bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku dhe një hidrofon për të zbuluar jehonën e kthyer. Duke emetuar një puls me frekuencë të lartë nga transduktori dhe duke matur kohën që duhet për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcejnë nga një objekt, ata ishin në gjendje të llogarisin distancën nga objekti. Ky përdorim i piezoelektricitetit për sonar ishte një sukses dhe projekti krijoi një interes intensiv zhvillimi për pajisjet piezoelektrike. Gjatë dekadave, u hulumtuan dhe u zhvilluan materiale të reja piezoelektrike dhe aplikime të reja për këto materiale. Pajisjet piezoelektrike gjetën shtëpi në fusha të ndryshme, që nga fishekët gramografë qeramikë që thjeshtësuan dizajnin e luajtësit dhe i bënë lojtarët e lirë e të saktë më të lirë për t'u mirëmbajtur dhe më të lehtë për t'u ndërtuar, deri te zhvillimi i dhënësve tejzanor që lejonin matje të lehtë të viskozitetit dhe elasticitetit të lëngjeve dhe lëndët e ngurta, duke rezultuar në përparime të mëdha në kërkimin e materialeve. Reflektometri tejzanor i domenit të kohës dërgon një puls tejzanor në një material dhe matin reflektimet dhe ndërprerjet për të gjetur defekte brenda objekteve të derdhura prej metali dhe guri, duke përmirësuar sigurinë strukturore.

Pas Luftës së Dytë Botërore, grupe të pavarura kërkimore në Shtetet e Bashkuara, Rusi dhe Japoni zbuluan një klasë të re materialesh sintetike të quajtura ferroelektrikë që shfaqnin konstante piezoelektrike deri në dhjetë herë më të larta se materialet natyrore. Kjo çoi në kërkime intensive për të zhvilluar titanatin e bariumit, dhe më vonë titanatin e zirkonatit të plumbit, materiale me veti specifike për aplikime të veçanta. U zhvillua një shembull domethënës i përdorimit të kristaleve piezoelektrike

Woldemar Voigt

Piezoelektriciteti është një fenomen elektromekanik në të cilin ngarkesa elektrike grumbullohet në disa materiale të ngurta, të tilla si kristale, qeramika dhe lëndë biologjike si kocka dhe ADN. Kjo ngarkesë krijohet në përgjigje të një stresi mekanik të aplikuar. Fjala piezoelektricitet rrjedh nga fjala greke "piezein", që do të thotë "të shtrydh ose shtyp" dhe "elektron", që do të thotë "qelibar", një burim i lashtë i ngarkesës elektrike.

Efekti piezoelektrik rezulton nga një bashkëveprim elektromekanik linear midis gjendjeve mekanike dhe elektrike të materialeve kristalore me simetri përmbysjeje. Ky efekt është i kthyeshëm, që do të thotë se materialet që shfaqin piezoelektricitet shfaqin gjithashtu një efekt piezoelektrik të kundërt, ku gjenerimi i brendshëm i sforcimit mekanik rezulton nga një fushë elektrike e aplikuar. Për shembull, kristalet titanate të zirkonatit të plumbit gjenerojnë piezoelektricitet të matshëm kur struktura e tyre statike deformohet nga dimensioni i tij origjinal. Në të kundërt, kristalet mund të ndryshojnë dimensionin e tyre statik kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, një fenomen i njohur si efekti piezoelektrik invers, i cili përdoret në prodhimin e valëve ultratinguj.

Fizikanët francezë Pierre dhe Jacques Curie zbuluan piezoelektricitetin në 1880. Efekti piezoelektrik që atëherë është shfrytëzuar për një sërë aplikimesh të dobishme, duke përfshirë prodhimin dhe zbulimin e tingullit, printimin me bojë piezoelektrike, prodhimin e energjisë elektrike të tensionit të lartë, gjeneratorët e orës dhe pajisjet elektronike si mikrobalancat dhe ngasni hundët tejzanor për fokusim jashtëzakonisht të hollë të montimeve optike. Ai gjithashtu formon bazën e mikroskopëve të sondës skanuese, të cilat mund të zgjidhin imazhet në shkallën e atomeve. Për më tepër, kapjet në kitarat e përforcuara elektronikisht dhe këmbëzat në bateri moderne elektronike përdorin efektin piezoelektrik.

Piezoelektriciteti gjithashtu gjen përdorime të përditshme në gjenerimin e shkëndijave për ndezjen e gazit në pajisjet e gatimit dhe ngrohjes, në pishtarë, çakmakë dhe më shumë. Efekti piroelektrik, ku një material gjeneron një potencial elektrik në përgjigje të një ndryshimi të temperaturës, u studiua nga Carl Linnaeus dhe Franz Aepinus në mesin e shekullit të 18-të, duke u mbështetur në njohuritë nga Rene Hauy dhe Antoine Cesar Becquerel, të cilët parashtruan një marrëdhënie midis mekanikës. stresi dhe ngarkesa elektrike. Eksperimentet për të vërtetuar këtë marrëdhënie rezultuan jopërfundimtare.

Pamja e një piezo kristali në kompensuesin Curie në Muzeun Hunterian në Skoci është një demonstrim i efektit të drejtpërdrejtë piezoelektrik nga vëllezërit Pierre dhe Jacques Curie. Kombinimi i njohurive të tyre për piroelektricitetin me të kuptuarit e strukturave themelore të kristalit, shkaktoi parashikimin e piroelektricitetit, i cili i lejoi ata të parashikonin sjelljen e kristalit që ata demonstruan në efektin e kristaleve si turmalina, kuarci, topazi, sheqeri i kallamit dhe kripa Rochelle. . Tetrahidrati i natriumit dhe tartratit të kaliumit dhe kuarci gjithashtu shfaqën piezoelektricitet, dhe një disk piezoelektrik u përdor për të gjeneruar një tension kur deformohej. Ky ndryshim në formë u ekzagjerua shumë në demonstrimin e Curies, dhe ata vazhduan të parashikonin efektin piezoelektrik të kundërt. Efekti i kundërt u konkludua matematikisht nga parimet themelore termodinamike nga Gabriel Lippmann në 1881.

Curies konfirmuan menjëherë ekzistencën e efektit të kundërt dhe vazhduan të merrnin prova sasiore të kthyeshmërisë së plotë të deformimeve elektro-elasto-mekanike në kristalet piezoelektrike. Në dekadat që pasuan, piezoelektriciteti mbeti një kuriozitet laboratorik, derisa u bë një mjet jetik në zbulimin e poloniumit dhe radiumit nga Pierre Marie Curie, i cili e përdori atë për të eksploruar dhe përcaktuar strukturat kristalore që shfaqnin piezoelektricitet. Kjo kulmoi me botimin e Lehrbuch der Kristallphysik të Woldemar Voigt-it (Libër mësuesi i fizikës kristalore), i cili përshkruante klasat natyrore të kristaleve të afta për piezoelektricitet dhe përcaktoi në mënyrë rigoroze konstantet piezoelektrike duke përdorur analizën tensore.

Kjo çoi në aplikimin praktik të pajisjeve piezoelektrike, të tilla si sonari, i cili u zhvillua gjatë Luftës së Parë Botërore. Në Francë, Paul Langevin dhe bashkëpunëtorët e tij zhvilluan një detektor nëndetëse me ultratinguj. Ky detektor përbëhej nga një transduktor i bërë nga kristale të hollë kuarci të ngjitur me kujdes në pllaka çeliku dhe një hidrofon për të zbuluar jehonën e kthyer pas lëshimit të një impulsi me frekuencë të lartë nga dhënës. Duke matur kohën që duhet për të dëgjuar jehonën e valëve të zërit që kërcejnë nga një objekt, ata mund të llogarisin distancën nga objekti. Ata përdorën piezoelektricitet për ta bërë këtë hidrolokator një sukses, dhe projekti krijoi një zhvillim dhe interes intensiv.

Marrëdhënie të rëndësishme

• Aktivizuesit piezoelektrikë: Aktivizuesit piezoelektrikë janë pajisje që konvertojnë energjinë elektrike në lëvizje mekanike. Ato përdoren zakonisht në robotikë, pajisje mjekësore dhe aplikacione të tjera ku kërkohet kontroll i saktë i lëvizjes.
• Sensorët piezoelektrikë: Sensorët piezoelektrikë përdoren për të matur parametrat fizikë si presioni, nxitimi dhe dridhja. Ato përdoren shpesh në aplikime industriale dhe mjekësore, si dhe në elektronikën e konsumit.
• Piezoelektriciteti në natyrë: Piezoelektriciteti është një fenomen që ndodh natyrshëm në materiale të caktuara dhe gjendet në shumë organizma të gjallë. Përdoret nga disa organizma për të ndjerë mjedisin e tyre dhe për të komunikuar me organizma të tjerë.

Përfundim

Piezoelektriciteti është një fenomen i mahnitshëm që është përdorur në një sërë aplikimesh, nga sonari deri te fishekët gramafon. Është studiuar që nga mesi i viteve 1800 dhe është përdorur me efekt të madh në zhvillimin e teknologjisë moderne. Ky postim në blog ka eksploruar historinë dhe përdorimet e piezoelektricitetit dhe ka theksuar rëndësinë e këtij fenomeni në zhvillimin e teknologjisë moderne. Për ata që janë të interesuar të mësojnë më shumë rreth piezoelektricitetit, ky postim është një pikënisje e shkëlqyer.

Unë jam Joost Nusselder, themeluesi i Neaera dhe një tregtar i përmbajtjes, babai dhe dua të provoj pajisje të reja me kitarë në zemër të pasionit tim, dhe së bashku me ekipin tim, kam krijuar artikuj të thelluar në blog që nga viti 2020 për të ndihmuar lexuesit besnikë me këshilla për regjistrimin dhe kitarën.

Më shiko në Youtube ku provoj të gjithë këtë pajisje:

Regjistrohu