Пиезоелектричност је способност одређених материјала да генеришу електричну енергију када су подвргнути механичком напрезању и обрнуто. Реч потиче од грчког пиезо што значи притисак и струја. Први пут је откривен 1880. године, али је концепт познат већ дуго времена.
Најпознатији пример пиезоелектричности је кварц, али и многи други материјали такође показују овај феномен. Најчешћа употреба пиезоелектричности је производња ултразвука.
У овом чланку ћу разговарати о томе шта је пиезоелектрицитет, како функционише и неке од многих практичних примена овог невероватног феномена.
Шта је пиезоелектричност?
Пиезоелектричност је способност одређених материјала да генеришу електрични набој као одговор на примењени механички стрес. То је линеарна електромеханичка интеракција између механичких и електричних стања у кристалним материјалима са инверзионом симетријом. Пиезоелектрични материјали се могу користити за генерисање електричне енергије високог напона, генератора такта, електронских уређаја, микровага, погонских ултразвучних млазница и оптичких склопова за ултрафино фокусирање.
Пиезоелектрични материјали укључују кристале, одређену керамику, биолошку материју попут костију и ДНК и протеине. Када се на пиезоелектрични материјал примени сила, он производи електрични набој. Ово пуњење се затим може користити за напајање уређаја или стварање напона.
Пиезоелектрични материјали се користе у различитим применама, укључујући:
• Производња и детекција звука
• Пиезоелектрично инкјет штампање
• Производња електричне енергије високог напона
• Генератори такта
• Електронски уређаји
• Микровага
• Погон ултразвучних млазница
• Оптички склопови за ултрафино фокусирање
• Камионети за гитаре са електронским појачањем
• Тригери за модерне електронске бубњеве
• Производња варница за паљење гаса
• Уређаји за кување и грејање
• Бакље и упаљачи за цигарете.
Каква је историја пиезоелектричности?
Пиезоелектрицитет су 1880. године открили француски физичари Жак и Пјер Кири. То је електрични набој који се акумулира у одређеним чврстим материјалима, као што су кристали, керамика и биолошка материја, као одговор на примењени механички стрес. Реч „пиезоелектрицитет“ потиче од грчке речи „пиезеин“, што значи „стискати“ или „притиснути“, и „електрон“, што значи „ћилибар“, древног извора електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат је резултат линеарне електромеханичке интеракције између механичких и електричних стања кристалних материјала са инверзионом симетријом. То је реверзибилан процес, што значи да материјали који показују пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља.
Комбиновано знање Киријеве о пироелектричности и разумевање основних кристалних структура довело је до предвиђања пироелектричности и способности предвиђања понашања кристала. Ово се показало у дејству кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со.
Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и добили квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима. Током деценија, пиезоелектрицитет је остао лабораторијски куриозитет све док није постао витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири.
Пиезоелектричност је искоришћена за многе корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу електричне енергије високог напона, генераторе часовника и електронске уређаје, микроваге, ултразвучне млазнице, ултрафино фокусирање оптичких склопова и форме основа скенирајућих пробних микроскопа за решавање слика у размери атома.
Пиезоелектрицитет такође налази свакодневну употребу, као што је стварање варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, бакљи, упаљачима за цигарете и пироелектрични ефекат, где материјал генерише електрични потенцијал као одговор на промену температуре.
Развој сонара током Првог светског рата довео је до употребе пиезоелектричних кристала које је развила Белл Телепхоне Лабораториес. Ово је омогућило савезничким ваздушним снагама да се ангажују у координисаним масовним нападима користећи авијацијски радио. Развој пиезоелектричних уређаја и материјала у Сједињеним Државама држао је компаније у развоју ратних почетака у области интересовања, обезбеђујући профитабилне патенте за нове материјале.
Јапан је видео нове примене и раст пиезоелектричне индустрије Сједињених Држава и брзо је развио сопствену. Они су брзо поделили информације и развили материјале баријум-титаната и касније олово-цирконат-титаната са специфичним својствима за одређене примене.
Пиезоелектрицитет је прешао дуг пут од свог открића 1880. године и сада се користи у разним свакодневним применама. Такође је коришћен за напредак у истраживању материјала, као што су ултразвучни рефлектометри у временском домену, који шаљу ултразвучни импулс кроз материјал за мерење рефлексије и дисконтинуитета како би се пронашли недостаци унутар ливених металних и камених предмета, побољшавајући структурну сигурност.
Како функционише пиезоелектричност
У овом одељку ћу истражити како функционише пиезоелектричност. Посматраћу акумулацију електричног набоја у чврстим материјама, линеарну електромеханичку интеракцију и реверзибилни процес који чине овај феномен. Такође ћу расправљати о историји пиезоелектричности и његовој примени.
Акумулација електричног набоја у чврстим телима
Пиезоелектрицитет је електрични набој који се акумулира у одређеним чврстим материјалима, као што су кристали, керамика и биолошка материја попут кости и ДНК. То је одговор на примењени механички стрес, а његово име потиче од грчких речи „пиезеин“ (стиснути или притиснути) и „електрон“ (ћилибар).
Пиезоелектрични ефекат је резултат линеарне електромеханичке интеракције између механичких и електричних стања у кристалним материјалима са инверзионом симетријом. То је реверзибилан процес, што значи да материјали који показују пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, где је унутрашње стварање механичког напрезања резултат примењеног електричног поља. Примери материјала који стварају мерљиву пиезоелектричност укључују кристале олово цирконат титаната.
Француски физичари Пјер и Жак Кири открили су пиезоелектрицитет 1880. године. Од тада је коришћен за разне корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу електричне енергије високог напона, генераторе часовника и електронске уређаје попут микровага. и погон ултразвучних млазница за ултрафино фокусирање оптичких склопова. Такође чини основу микроскопа за скенирање сонде, који могу да разреше слике на нивоу атома. Пиезоелектричност се такође користи у пицкупима за гитаре са електронским појачањем и окидачима за модерне електронске бубњеве.
Пиезоелектрицитет налази свакодневну употребу у стварању варница за паљење гаса, у уређајима за кување и грејање, бакљама, упаљачима за цигарете и пироелектричном ефекту, где материјал генерише електрични потенцијал као одговор на промену температуре. Ово су проучавали Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хаија и Антоана Сезара Бекерела, који су поставили везу између механичког напрезања и електричног набоја. Експерименти су се показали неубедљивим.
Поглед на пиезо кристал у Киријевом компензатору у Хунтериан музеју у Шкотској је демонстрација директног пиезоелектричног ефекта. Браћа Пјер и Жак Кири комбиновали су своје знање о пироелектричности са разумевањем основних кристалних структура, што је довело до предвиђања пироелектричности. Били су у стању да предвиде понашање кристала и показали ефекат у кристалима као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Натријум-калијум тартарат тетрахидрат и кварц су такође показали пиезоелектричност. Пиезоелектрични диск генерише напон када се деформише, а промена облика је знатно преувеличана у Киријевој демонстрацији.
Били су у стању да предвиде конверзни пиезоелектрични ефекат, а конверзни ефекат је математички извео Габријел Липман 1881. Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и наставили да добију квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто- механичке деформације у пиезоелектричним кристалима.
Деценијама је пиезоелектрицитет остао лабораторијски куриозитет, али је био витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које показују пиезоелектричност кулминирао је у публикацији Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала), који описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричну константу кроз тензоелектричну анализу. Ово је била практична примена пиезоелектричних уређаја, а сонар је развијен током Првог светског рата. У Француској, Пол Ланжевен и његови сарадници развили су ултразвучни детектор за подморнице.
Детектор се састојао од а трансдуктор направљен од танких кристала кварца пажљиво залепљених на челичне плоче, и хидрофон за детекцију враћеног еха. Емитовањем високе фреквенција пулс са претварача и мерењем времена које је потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта, могли су да израчунају растојање до објекта. Користили су пиезоелектричност да би сонар био успешан, а пројекат је створио интензиван развој и интересовање за пиезоелектричне уређаје. Током деценија, нови пиезоелектрични материјали и нове примене материјала су истражени и развијени, а пиезоелектрични уређаји су нашли домове у различитим областима. Керамички фонографски кертриџи су поједноставили дизајн плејера и направљени за јефтине и тачне грамофоне који су били јефтинији за одржавање и лакши за прављење.
Развој ултразвучних претварача омогућио је лако мерење вискозитета и еластичности течности и чврстих материја, што је резултирало огромним напретком у истраживању материјала.
Линеарна електромеханичка интеракција
Пиезоелектричност је способност одређених материјала да генеришу електрични набој када су подвргнути механичком напрезању. Реч је изведена од грчких речи πιεζειν (пиезеин) што значи „стискати или притиснути“ и ηλεκτρον (електрон) што значи „ћилибар“, који је био древни извор електричног набоја.
Пиезоелектрицитет су 1880. године открили француски физичари Жак и Пјер Кири. Заснован је на линеарној електромеханичкој интеракцији између механичких и електричних стања кристалних материјала са инверзионом симетријом. Овај ефекат је реверзибилан, што значи да материјали који показују пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, при чему је унутрашње стварање механичког напрезања резултат примењеног електричног поља. Примери материјала који стварају мерљиву пиезоелектричност када се деформишу из своје статичне структуре укључују кристале олово цирконат титаната. Насупрот томе, кристали могу променити своју статичку димензију када се примени спољашње електрично поље, што је познато као инверзни пиезоелектрични ефекат и користи се у производњи ултразвучних таласа.
Пиезоелектрицитет је искоришћен за разне корисне примене, као што су:
• Производња и детекција звука
• Пиезоелектрично инкјет штампање
• Производња електричне енергије високог напона
• Генератор такта
• Електронски уређаји
• Микровага
• Погон ултразвучних млазница
• Оптички склопови за ултрафино фокусирање
• Формира основу микроскопа за скенирање сонде за решавање слика у размери атома
• Пикапи у гитарама са електронским појачањем
• Тригери у модерним електронским бубњевима
• Стварање варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање
• Бакље и упаљачи за цигарете
Пиезоелектрицитет такође налази свакодневну употребу у пироелектричном ефекту, који је материјал који генерише електрични потенцијал као одговор на промену температуре. Ово су проучавали Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хаија и Антоана Сезара Бекерела, који су поставили везу између механичког напрезања и електричног набоја. Међутим, експерименти су се показали неубедљивим.
Гледање пиезо кристала у Киријевом компензатору у Хунтериан музеју у Шкотској је демонстрација директног пиезоелектричног ефекта. Дело браће Пјера и Жака Кириа истраживало је и дефинисало кристалне структуре које су показивале пиезоелектричност, што је кулминирало објављивањем књиге Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала). Ово описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричне константе кроз тензорску анализу, што је довело до практичне примене пиезоелектричних уређаја.
Сонар је развијен током Првог светског рата, када су Француз Пол Лангевен и његови сарадници развили ултразвучни детектор за подморнице. Овај детектор се састојао од претварача направљеног од танких кристала кварца пажљиво залепљених на челичне плоче и хидрофона за детекцију повратног еха након емитовања високофреквентног импулса из претварача. Мерењем времена које је потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта, могли су да израчунају растојање објекта, користећи пиезоелектричност. Успех овог пројекта створио је интензиван развој и интересовање за пиезоелектричне уређаје током деценија, са новим пиезоелектричним материјалима и новим апликацијама за ове материјале који су истражени и развијени. Пиезоелектрични уређаји нашли су се у многим областима, као што су керамички фонографски кертриџи, који су поједноставили дизајн плејера и направили јефтиније и прецизније грамофоне, а јефтинији и лакши за изградњу и одржавање.
Развој ултразвучних претварача омогућио је лако мерење вискозитета и еластичности течности и чврстих материја, што је резултирало огромним напретком у истраживању материјала. Ултразвучни рефлектометри временског домена шаљу ултразвучни импулс у материјал и мере рефлексије и дисконтинуитете како би пронашли недостатке унутар ливених металних и камених предмета, побољшавајући структурну сигурност. После Другог светског рата, независне истраживачке групе у Сједињеним Државама, Русији и Јапану откриле су нову класу синтетичких материјала названих фероелектрици, који су показивали пиезоелектричне константе много пута веће од природних материјала. Ово је довело до интензивног истраживања за развој баријум титаната, а касније и оловног цирконат титаната, материјала са специфичним својствима за посебне примене.
Значајан пример употребе пиезоелектричних кристала развила је Белл Телепхоне Лабораториес након Другог светског рата. Фредерицк Р. Лацк, који ради у одељењу за инжењеринг радио телефоније,
Реверзибилни процес
Пиезоелектрицитет је електрични набој који се акумулира у одређеним чврстим материјалима, као што су кристали, керамика и биолошка материја попут костију и ДНК. То је одговор ових материјала на примењени механички стрес. Реч „пиезоелектрицитет“ потиче од грчких речи „пиезеин“ што значи „стискати“ или „притиснути“ и „електрон“ што значи „ћилибар“, древни извор електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат је резултат линеарне електромеханичке интеракције између механичких и електричних стања кристалних материјала са инверзионом симетријом. То је реверзибилан процес, што значи да материјали који показују пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. Примери материјала који стварају мерљиву пиезоелектричност укључују кристале олово цирконат титаната. Када се статичка структура ових кристала деформише, они се враћају у првобитну димензију, и обрнуто, када се примени спољашње електрично поље, мењају своју статичку димензију, производећи ултразвучне таласе.
Француски физичари Жак и Пјер Кири открили су пиезоелектрицитет 1880. године. Од тада је коришћен за разне корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу електричне енергије високог напона, генераторе часовника, електронске уређаје, микроваге, погон ултразвучних млазница и оптичких склопова за ултрафино фокусирање. Такође чини основу за скенирање пробних микроскопа, који могу да разреше слике у размери атома. Пиезоелектричност се такође користи у пицкупима за гитаре са електронским појачањем и окидачима за модерне електронске бубњеве.
Пиезоелектрицитет такође налази свакодневну употребу, као што је стварање варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, бакљи, упаљачима за цигарете и још много тога. Пироелектрични ефекат, у коме материјал генерише електрични потенцијал као одговор на промену температуре, проучавали су Карл Лине, Франц Аепинус и Рене Хаи средином 18. века, ослањајући се на знање о ћилибару. Антоан Цезар Бекерел је поставио везу између механичког напрезања и електричног набоја, али су се експерименти показали неубедљивим.
Посетиоци Хунтериан музеја у Глазгову могу да погледају Пиезо Цристал Цурие Цомпенсатор, демонстрацију директног пиезоелектричног ефекта браће Пјер и Жак Кири. Комбиновање њиховог знања о пироелектричности са разумевањем основних кристалних структура довело је до предвиђања пироелектричности и способности предвиђања понашања кристала. Ово је показано са ефектом кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Натријум и калијум тартарат тетрахидрат и кварц такође су показали пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск је коришћен да генерише напон када се деформише. Ову промену облика су Киријеви увелико преувеличали да би предвидели обрнути пиезоелектрични ефекат. Обрнути ефекат је математички извео из основних термодинамичких принципа Габријел Липман 1881.
Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и добили квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима. Деценијама је пиезоелектрицитет остао лабораторијски куриозитет, али је био витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које су показивале пиезоелектричност кулминирао је објављивањем књиге Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала). Ово описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричне константе користећи тензорску анализу.
Практична примена пиезоелектричних уређаја, као што је сонар, развијена је током Првог светског рата. У Француској, Пол Ланжевен и његови сарадници развили су ултразвучни детектор за подморнице. Овај детектор се састојао од претварача направљеног од танких кристала кварца пажљиво залепљених на челичне плоче и хидрофона за детекцију повратног еха. Емитовањем високофреквентног импулса из претварача и мерењем времена које је потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта, могли су да израчунају удаљеност објекта. Користили су пиезоелектричност да би овај сонар био успешан. Овај пројекат је створио интензиван развој и интересовање за пиезоелектричне уређаје, а током деценија су истражени и развијени нови пиезоелектрични материјали и нове примене ових материјала. Пиезоелектрични уређаји
Шта узрокује пиезоелектрицитет?
У овом одељку ћу истражити порекло пиезоелектричности и различите материјале који показују овај феномен. Погледаћу грчку реч 'пиезеин', древни извор електричног набоја и пироелектрични ефекат. Такође ћу разговарати о открићима Пјера и Жака Кирија и развоју пиезоелектричних уређаја у 20. веку.
Грчка реч Пиезеин
Пиезоелектрицитет је акумулација електричног набоја у одређеним чврстим материјалима, као што су кристали, керамика и биолошка материја попут кости и ДНК. То је узроковано одговором ових материјала на примењени механички стрес. Реч пиезоелектрицитет потиче од грчке речи „пиезеин“, што значи „стискати или притиснути“ и „електрон“, што значи „ћилибар“, древни извор електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат је резултат линеарне електромеханичке интеракције између механичких и електричних стања кристалних материјала са инверзионом симетријом. То је реверзибилан процес, што значи да материјали који показују пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. На пример, кристали оловног цирконат титаната стварају мерљиву пиезоелектричност када се њихова статичка структура деформише у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, кристали могу променити своју статичку димензију када се примени спољашње електрично поље, што је познато као инверзни пиезоелектрични ефекат и представља производњу ултразвучних таласа.
Француски физичари Жак и Пјер Кири открили су пиезоелектричност 1880. Пиезоелектрични ефекат је искоришћен за многе корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу електричне енергије високог напона, генераторе часовника и електронске уређаје попут микровага. , погон ултразвучних млазница и оптички склоп за ултрафино фокусирање. Такође чини основу микроскопа за скенирање сонде, који могу да разреше слике на нивоу атома. Пиезоелектричност се такође користи у пицкупима за гитаре са електронским појачањем и окидачима за модерне електронске бубњеве.
Пиезоелектрицитет налази свакодневну употребу, као што је стварање варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, бакљи, упаљачима за цигарете и још много тога. Пироелектрични ефекат, који представља генерисање електричног потенцијала као одговор на промену температуре, проучавали су Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хаија и Антоана Сезара Бекерела, који су поставили везу између механичко напрезање и електрични набој. Експерименти су се показали неубедљивим.
У музеју у Шкотској посетиоци могу да погледају пиезо кристал Кири компензатор, демонстрацију директног пиезоелектричног ефекта браће Пјер и Жак Кири. Комбиновање њиховог знања о пироелектричности са разумевањем основних кристалних структура довело је до предвиђања пироелектричности и способности да се предвиди понашање кристала. Ово је доказано дејством кристала попут турмалина, кварца, топаза, шећера од трске и соли Роцхелле. Натријум-калијум тартарат тетрахидрат и кварц из Роцхелле соли су показали пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск генерише напон када се деформише. Ова промена облика је у великој мери преувеличана у демонстрацијама Киријевих.
Киријеви су потом добили квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима. Деценијама је пиезоелектрицитет остао лабораторијски куриозитет све док није постао витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које су показивале пиезоелектричност кулминирао је објављивањем књиге Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала). Ово описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричне константе кроз тензорску анализу.
Ова практична примена пиезоелектричности довела је до развоја сонара током Првог светског рата. У Француској, Пол Ланжевен и његови сарадници развили су ултразвучни детектор за подморнице. Детектор се састојао од претварача направљеног од танких кварцних кристала пажљиво залепљених на челичне плоче, названог хидрофон, да детектује повратни ехо након емитовања високофреквентног импулса. Претварач је измерио време потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта да би израчунао удаљеност објекта. Употреба пиезоелектричности у сонару је била успешна, а пројекат је деценијама створио интензиван развој и интересовање за пиезоелектричне уређаје.
Истражени су и развијени нови пиезоелектрични материјали и нове апликације за ове материјале, а пиезоелектрични уређаји су нашли своје домове у многим областима, као што су керамички фонографски кертриџи, који су поједноставили дизајн плејера и направљени за јефтиније, тачније грамофоне који су били јефтинији за одржавање и лакши изградити. Развој
Древни извор електричног набоја
Пиезоелектрицитет је електрични набој који се акумулира у одређеним чврстим материјалима, као што су кристали, керамика и биолошка материја попут кости и ДНК. То је узроковано одговором материјала на примењено механичко напрезање. Реч „пиезоелектрицитет“ потиче од грчке речи „пиезеин“, што значи „стискати или притиснути“, и речи „електрон“, што значи „ћилибар“, древни извор електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат је резултат линеарне електромеханичке интеракције између механичких и електричних стања кристалних материјала са инверзионом симетријом. То је реверзибилан процес, што значи да материјали који показују пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. На пример, кристали оловног цирконат титаната стварају мерљиву пиезоелектричност када се њихова статичка структура деформише у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, када се примени спољашње електрично поље, кристали мењају своју статичку димензију у инверзном пиезоелектричном ефекту, производећи ултразвучне таласе.
Пиезоелектрични ефекат су 1880. године открили француски физичари Жак и Пјер Кири. Користи се за разне корисне апликације, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу електричне енергије високог напона, генераторе такта и електронске уређаје као што су микробаланси и погонске ултразвучне млазнице за ултрафино фокусирање оптичких склопова. Такође чини основу за скенирање пробних микроскопа, који се користе за решавање слика на скали атома. Пиезоелектричност се такође користи у пицкупима за гитаре са електронским појачањем и окидачима за модерне електронске бубњеве.
Пиезоелектрицитет налази свакодневну употребу у стварању варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, бакљи, упаљачима за цигарете и још много тога. Пироелектрични ефекат, који представља производњу електричног потенцијала као одговор на температурну промену, проучавали су Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хаија и Антоана Сезара Бекерела који су поставили везу између механичких напрезање и електрични набој. Међутим, њихови експерименти су се показали неубедљивим.
Поглед на пиезо кристал и Киријев компензатор у Хунтериан музеју у Шкотској демонстрирају директан пиезоелектрични ефекат. Дело браће Пјера и Жака Кириа истраживало је и дефинисало кристалне структуре које су показивале пиезоелектричност, што је кулминирало објављивањем књиге Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала). Ово описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричне константе кроз тензорску анализу, омогућавајући практичну примену пиезоелектричних уређаја.
Сонар је током Првог светског рата развио Француз Пол Ланжевен и његови сарадници, који су развили ултразвучни детектор за подморнице. Детектор се састојао од претварача направљеног од танких кристала кварца пажљиво залепљених на челичне плоче и хидрофона за детекцију повратног еха. Емитовањем високофреквентног импулса из претварача и мерењем времена које је потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта, могли су да израчунају растојање до објекта. Користили су пиезоелектричност да би овај сонар био успешан. Пројекат је деценијама створио интензиван развој и интересовање за пиезоелектричне уређаје.
Пироелектричност
Пиезоелектричност је способност одређених материјала да акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. То је линеарна електромеханичка интеракција између механичких и електричних стања кристалних материјала са инверзионом симетријом. Реч „пиезоелектрицитет“ потиче од грчке речи „пиезеин“, што значи „стискати или притиснути“, и грчке речи „електрон“, што значи „ћилибар“, древни извор електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат су открили француски физичари Жак и Пјер Кири 1880. То је реверзибилан процес, што значи да материјали који показују пиезоелектрични ефекат такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. Примери материјала који стварају мерљиву пиезоелектричност укључују кристале олово цирконат титаната. Када се статична структура деформише, она се враћа у првобитну димензију. Насупрот томе, када се примени спољашње електрично поље, производи се инверзни пиезоелектрични ефекат, што резултира производњом ултразвучних таласа.
Пиезоелектрични ефекат се користи за многе корисне апликације, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу електричне енергије високог напона, генераторе такта и електронске уређаје као што су микробаланси, погонске ултразвучне млазнице и оптички склопови ултра финог фокусирања. Такође је основа за скенирање сонде микроскопа, који се користе за решавање слика на скали атома. Пиезоелектричност се такође користи у пицкупима за гитаре са електронским појачањем и окидачима за модерне електронске бубњеве.
Пиезоелектрицитет налази свакодневну употребу, као што је стварање варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, бакљи, упаљачима за цигарете и још много тога. Пироелектрични ефекат, који представља производњу електричног потенцијала као одговор на температурну промену, проучавали су Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хаија и Антоана Сезара Бекерела, који су поставили везу између механичког напрезања и електричног набоја. Међутим, експерименти су се показали неубедљивим.
Поглед на пиезо кристал у музеју Цурие Цомпенсатор у Шкотској је демонстрација директног пиезоелектричног ефекта. Браћа Пјер и Жак Кири комбиновали су своје знање о пироелектричности и разумевање основних кристалних структура да би довели до разумевања пироелектричности и предвиђања понашања кристала. Ово се показало у дејству кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Утврђено је да натријум-калијум тартарат тетрахидрат и кварц показују пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск је коришћен да генерише напон када се деформише. Киријеви су ово увелико преувеличали да би предвидели обрнути пиезоелектрични ефекат. Обрнути ефекат је математички извео Габријел Липман на основу основних термодинамичких принципа 1881.
Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и добили квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима. У деценијама које су уследиле, пиезоелектрицитет је остао лабораторијски куриозитет све док није постао витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које су показивале пиезоелектричност кулминирао је објављивањем књиге Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала).
Развој сонара је био успешан, а пројекат је створио интензиван развој и интересовање за пиезоелектричне уређаје. У деценијама које су уследиле, истражени су и развијени нови пиезоелектрични материјали и нове примене ових материјала. Пиезоелектрични уређаји нашли су се у многим областима, као што су керамички фонографски кертриџи, који су поједноставили дизајн плејера и направили јефтиније, прецизније грамофоне који су били јефтинији за одржавање и лакши за израду. Развој ултразвучних претварача омогућио је лако мерење вискозитета и еластичности течности и чврстих материја, што је резултирало огромним напретком у истраживању материјала. Ултразвучни рефлектометри временског домена шаљу ултразвучни импулс у материјал и мере рефлексије и дисконтинуитете како би пронашли недостатке унутар ливених металних и камених предмета, побољшавајући структурну сигурност.
Након Другог светског рата, независне истраживачке групе у Сједињеним Државама, Русији и Јапану откриле су нову класу синтетичких материјала названих фероелектрици, који су показивали пиезоелектричне константе које су биле
Пиезоелектрични материјали
У овом одељку ћу расправљати о материјалима који показују пиезоелектрични ефекат, што је способност одређених материјала да акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. Гледаћу кристале, керамику, биолошку материју, кости, ДНК и протеине, и како сви они реагују на пиезоелектрични ефекат.
кристали
Пиезоелектричност је способност одређених материјала да акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. Реч пиезоелектрицитет потиче од грчких речи πιεζειν (пиезеин) што значи „стиснути“ или „притиснути“ и ηλεκτρον (електрон) што значи „ћилибар“, древни извор електричног набоја. Пиезоелектрични материјали укључују кристале, керамику, биолошку материју, кости, ДНК и протеине.
Пиезоелектрицитет је линеарна електромеханичка интеракција између механичких и електричних стања у кристалним материјалима са инверзионом симетријом. Овај ефекат је реверзибилан, што значи да материјали који показују пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. Примери материјала који стварају мерљиву пиезоелектричност укључују кристале оловног цирконата титаната, који се могу деформисати до своје оригиналне димензије или обрнуто, променити своју статичку димензију када се примени спољашње електрично поље. Ово је познато као инверзни пиезоелектрични ефекат и користи се за производњу ултразвучних таласа.
Француски физичари Жак и Пјер Кири открили су пиезоелектричност 1880. Пиезоелектрични ефекат је искоришћен за разне корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу електричне енергије високог напона, генераторе часовника и електронске уређаје као што су као микровагне, погонске ултразвучне млазнице и оптички склопови за ултрафино фокусирање. Такође чини основу за скенирање пробних микроскопа, који се користе за решавање слика на скали атома. Пиезоелектрични пикапи се такође користе у гитарама са електронским појачањем и окидачима у модерним електронским бубњевима.
Пиезоелектрицитет налази свакодневну употребу у стварању варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, као и у бакљама и упаљачима за цигарете. Пироелектрични ефекат, који представља стварање електричног потенцијала као одговор на температурну промену, проучавали су Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хауја и Антоана Сезара Бекерела, који су поставили везу између механичких напрезање и електрични набој. Експерименти који су доказали ову теорију били су неубедљиви.
Поглед на пиезо кристал у Киријевом компензатору у Хунтериан музеју у Шкотској је демонстрација директног пиезоелектричног ефекта. Браћа Пјер и Жак Кири комбиновали су своје знање о пироелектричности са разумевањем основних кристалних структура да би дали повода за предвиђање пироелектричности. Били су у стању да предвиде понашање кристала и показали ефекат у кристалима као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Натријум-калијум тартарат тетрахидрат и кварц су такође показали пиезоелектричност. Пиезоелектрични диск генерише напон када се деформише; промена облика је у великој мери преувеличана у демонстрацији Киријевих.
Такође су били у стању да предвиде обрнути пиезоелектрични ефекат и математички закључе основне термодинамичке принципе иза њега. Габријел Липман је то урадио 1881. Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и наставили да добију квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима.
Деценијама је пиезоелектрицитет остао лабораторијски куриозитет, али је био витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које показују пиезоелектричност кулминирао је у публикацији Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала), која описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричну константу користећи тензоелектричну анализу.
Практична примена пиезоелектричних уређаја у сонару развијена је током Првог светског рата. У Француској, Пол Ланжевен и његови сарадници развили су ултразвучни детектор за подморнице. Овај детектор се састојао од претварача направљеног од танких кварцних кристала пажљиво залепљених на челичне плоче, названог хидрофон, да детектује повратни ехо након емитовања високофреквентног импулса. Мерењем времена које је потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта, могли су да израчунају растојање до објекта. Ова употреба пиезоелектричности у сонару је била успешна, а пројекат је створио интензиван развој и интересовање за пиезоелектричне уређаје током деценија.
Керамика
Пиезоелектрични материјали су чврсте материје које акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. Пиезоелектрицитет потиче од грчких речи πιεζειν (пиезеин) што значи „стиснути“ или „притиснути“ и ηλεκτρον (електрон) што значи „ћилибар“, древни извор електричног набоја. Пиезоелектрични материјали се користе у различитим применама, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање и производњу електричне енергије високог напона.
Пиезоелектрични материјали се налазе у кристалима, керамици, биолошкој материји, костима, ДНК и протеинима. Керамика је најчешћи пиезоелектрични материјал који се користи у свакодневној примени. Керамика је направљена од комбинације металних оксида, као што је олово цирконат титанат (ПЗТ), који се загревају на високе температуре да би се формирала чврста материја. Керамика је веома издржљива и може издржати екстремне температуре и притиске.
Пиезоелектрична керамика има различите намене, укључујући:
• Стварање варница за паљење гаса за уређаје за кување и грејање, као што су бакље и упаљачи за цигарете.
• Генерисање ултразвучних таласа за медицинско снимање.
• Производња електричне енергије високог напона за генераторе такта и електронске уређаје.
• Генерисање микровага за употребу у прецизном мерењу.
• Погонске ултразвучне млазнице за ултрафино фокусирање оптичких склопова.
• Формирање основе за скенирање сонде микроскопа, који могу да разреше слике на скали атома.
• Пикапи за гитаре са електронским појачањем и окидачи за модерне електронске бубњеве.
Пиезоелектрична керамика се користи у широком спектру примена, од потрошачке електронике до медицинског снимања. Веома су издржљиви и могу да издрже екстремне температуре и притиске, што их чини идеалним за употребу у разним индустријама.
Биолошка материја
Пиезоелектричност је способност одређених материјала да акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. Потиче од грчке речи „пиезеин“, што значи „стискати или притиснути“, и „електрон“, што значи „ћилибар“, древног извора електричног набоја.
Биолошке материје као што су кости, ДНК и протеини су међу материјалима који показују пиезоелектричност. Овај ефекат је реверзибилан, што значи да материјали који показују пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. Примери ових материјала укључују кристале олово цирконат титаната, који стварају мерљиву пиезоелектричност када се њихова статичка структура деформише у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, када се примени спољашње електрично поље, кристали мењају своју статичку димензију, производећи ултразвучне таласе кроз инверзни пиезоелектрични ефекат.
Откриће пиезоелектричности су направили француски физичари Жак и Пјер Кири 1880. године. Од тада је коришћен за разне корисне примене, као што су:
• Производња и детекција звука
• Пиезоелектрично инкјет штампање
• Производња електричне енергије високог напона
• Генератор такта
• Електронски уређаји
• Микровага
• Погон ултразвучних млазница
• Оптички склопови за ултрафино фокусирање
• Формира основу скенирајућих пробних микроскопа
• Решите слике у размери атома
• Пикапи у гитарама са електронским појачањем
• Тригери у модерним електронским бубњевима
Пиезоелектричност се такође користи у свакодневним предметима као што су уређаји за кување и грејање на гас, бакље, упаљачи за цигарете и још много тога. Пироелектрични ефекат, који представља производњу електричног потенцијала као одговор на промену температуре, проучавали су Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века. Ослањајући се на знање Ренеа Хауиа и Антоине Цесар Бецкуерел, они су поставили везу између механичког напрезања и електричног набоја, али су се њихови експерименти показали неубедљивим.
Поглед на пиезо кристал у Киријевом компензатору у Хунтериан музеју у Шкотској је демонстрација директног пиезоелектричног ефекта. Браћа Пјер и Жак Кири комбиновали су своје знање о пироелектричности и разумевање основних кристалних структура да би дали повода за предвиђање пироелектричности и да предвиде понашање кристала. Ово је показано дејством кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Натријум и калијум тартарат тетрахидрат и кварц такође су показали пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск је коришћен да генерише напон када се деформише. Овај ефекат су Киријеви увелико преувеличали да би предвидели обрнути пиезоелектрични ефекат. Обрнути ефекат је математички извео из основних термодинамичких принципа Габријел Липман 1881.
Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и добили квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима. Деценијама је пиезоелектрицитет остао лабораторијски куриозитет све док није постао витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које показују пиезоелектричност кулминирао је објављивањем књиге Волдемара Воигта 'Лехрбуцх дер Кристаллпхисик' (Уџбеник физике кристала).
кост
Пиезоелектричност је способност одређених материјала да акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. Кост је један такав материјал који показује овај феномен.
Кост је врста биолошке материје која се састоји од протеина и минерала, укључујући колаген, калцијум и фосфор. То је најпиезоелектричнији од свих биолошких материјала и способан је да генерише напон када је подвргнут механичком напрезању.
Пиезоелектрични ефекат у кости је резултат њене јединствене структуре. Састоји се од мреже колагених влакана која су уграђена у матрицу минерала. Када је кост подвргнута механичком стресу, колагена влакна се померају, узрокујући поларизацију минерала и стварање електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат у кости има бројне практичне примене. Користи се у медицинском снимању, као што су ултразвук и рендгенско снимање, за откривање прелома костију и других абнормалности. Такође се користи у слушним апаратима са коштаном проводљивошћу, који користе пиезоелектрични ефекат за претварање звучних таласа у електричне сигнале који се шаљу директно у унутрашње уво.
Пиезоелектрични ефекат у кости се такође користи у ортопедским имплантатима, као што су вештачки зглобови и протетски удови. Имплантати користе пиезоелектрични ефекат за претварање механичке енергије у електричну, која се затим користи за напајање уређаја.
Поред тога, пиезоелектрични ефекат на кости се истражује за употребу у развоју нових медицинских третмана. На пример, истраживачи истражују употребу пиезоелектричности за стимулисање раста костију и поправку оштећеног ткива.
Све у свему, пиезоелектрични ефекат у кости је фасцинантан феномен са широким спектром практичних примена. Користи се у разним медицинским и технолошким применама и истражује се за употребу у развоју нових третмана.
ДНК
Пиезоелектричност је способност одређених материјала да акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. ДНК је један такав материјал који показује овај ефекат. ДНК је биолошки молекул који се налази у свим живим организмима и састоји се од четири нуклеотидне базе: аденина (А), гуанина (Г), цитозина (Ц) и тимина (Т).
ДНК је сложен молекул који се може користити за стварање електричног набоја када је подвргнут механичком стресу. То је због чињенице да се молекули ДНК састоје од два ланца нуклеотида који се држе заједно водоничним везама. Када се ове везе покидају, ствара се електрични набој.
Пиезоелектрични ефекат ДНК је коришћен у различитим применама, укључујући:
• Производња електричне енергије за медицинске имплантате
• Детекција и мерење механичких сила у ћелијама
• Развој сензора у наноразмери
• Стварање биосензора за секвенцирање ДНК
• Генерисање ултразвучних таласа за снимање
Пиезоелектрични ефекат ДНК се такође истражује због његове потенцијалне употребе у развоју нових материјала, као што су наножице и наноцеви. Ови материјали се могу користити за различите примене, укључујући складиштење енергије и сензоре.
Пиезоелектрични ефекат ДНК је опширно проучаван и утврђено је да је веома осетљив на механички стрес. То га чини вредним алатом за истраживаче и инжењере који желе да развију нове материјале и технологије.
У закључку, ДНК је материјал који показује пиезоелектрични ефекат, а то је способност акумулације електричног набоја као одговор на примењени механички стрес. Овај ефекат је коришћен у разним применама, укључујући медицинске импланте, сензоре на наносмеру и ДНК секвенцирање. Такође се истражује због његове потенцијалне употребе у развоју нових материјала, као што су наножице и наноцеви.
proteini
Пиезоелектричност је способност одређених материјала да акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. Пиезоелектрични материјали, као што су протеини, кристали, керамика и биолошка материја попут кости и ДНК, показују овај ефекат. Протеини су, посебно, јединствени пиезоелектрични материјал, јер се састоје од сложене структуре аминокиселина које се могу деформисати да би створиле електрични набој.
Протеини су најзаступљенија врста пиезоелектричног материјала и налазе се у различитим облицима. Могу се наћи у облику ензима, хормона и антитела, као иу облику структурних протеина попут колагена и кератина. Протеини се такође налазе у облику мишићних протеина, који су одговорни за контракцију и опуштање мишића.
Пиезоелектрични ефекат протеина је због чињенице да су састављени од сложене структуре аминокиселина. Када се ове аминокиселине деформишу, оне стварају електрични набој. Ово електрично пуњење се затим може користити за напајање разних уређаја, као што су сензори и актуатори.
Протеини се такође користе у разним медицинским применама. На пример, користе се за откривање присуства одређених протеина у телу, који се могу користити за дијагностику болести. Користе се и за откривање присуства одређених бактерија и вируса, који се могу користити за дијагнозу инфекција.
Протеини се такође користе у разним индустријским применама. На пример, користе се за креирање сензора и актуатора за различите индустријске процесе. Користе се и за стварање материјала који се могу користити у конструкцији авиона и других возила.
У закључку, протеини су јединствени пиезоелектрични материјал који се може користити у различитим применама. Састоје се од сложене структуре аминокиселина које се могу деформисати да би генерисале електрични набој, а користе се у разним медицинским и индустријским применама.
Сакупљање енергије са пиезоелектрицом
У овом одељку ћу расправљати о томе како се пиезоелектричност може користити за прикупљање енергије. Размотрићу различите примене пиезоелектричности, од пиезоелектричног инкјет штампања до генератора такта и микровага. Такође ћу истраживати историју пиезоелектричности, од њеног открића Пјера Кирија до употребе у Другом светском рату. На крају, разговараћу о тренутном стању пиезоелектричне индустрије и потенцијалу за даљи раст.
Пиезоелектрично инкјет штампање
Пиезоелектричност је способност одређених материјала да генеришу електрични набој као одговор на примењени механички стрес. Реч „пиезоелектрицитет“ потиче од грчких речи „пиезеин“ (стиснути или притиснути) и „електрон“ (ћилибар), древног извора електричног набоја. Пиезоелектрични материјали, као што су кристали, керамика и биолошка материја као што су кост и ДНК, користе се у разним применама.
Пиезоелектричност се користи за производњу електричне енергије високог напона, као генератор такта, у електронским уређајима и у микровагама. Такође се користи за погон ултразвучних млазница и оптичких склопова за ултрафино фокусирање. Пиезоелектрично инкјет штампање је популарна примена ове технологије. Ово је врста штампе која користи пиезоелектричне кристале за генерисање високофреквентне вибрације, која се користи за избацивање капљица мастила на страницу.
Откриће пиезоелектричности датира из 1880. године, када су француски физичари Жак и Пјер Кири открили ефекат. Од тада, пиезоелектрични ефекат се користи за разне корисне примене. Пиезоелектричност се користи у свакодневним предметима као што су уређаји за кување и грејање на гас, бакље, упаљачи за цигарете и пицкупи у гитарама са електронским појачањем и окидачи у модерним електронским бубњевима.
Пиезоелектрицитет се такође користи у научним истраживањима. То је основа за скенирање сонде микроскопа, који се користе за решавање слика на скали атома. Такође се користи у ултразвучним рефлектометрима у временском домену, који шаљу ултразвучне импулсе у материјал и мере рефлексије како би открили дисконтинуитете и пронашли недостатке унутар ливених металних и камених предмета.
Развој пиезоелектричних уређаја и материјала вођен је потребом за бољим перформансама и лакшим производним процесима. У Сједињеним Државама, развој кварцних кристала за комерцијалну употребу био је главни фактор у расту пиезоелектричне индустрије. Насупрот томе, јапански произвођачи су били у могућности да брзо деле информације и развију нове апликације, што је довело до брзог раста на јапанском тржишту.
Пиезоелектрицитет је револуционирао начин на који користимо енергију, од свакодневних предмета попут упаљача до напредних научних истраживања. То је свестрана технологија која нам је омогућила да истражујемо и развијамо нове материјале и апликације, и она ће наставити да буде важан део наших живота у годинама које долазе.
Производња електричне енергије високог напона
Пиезоелектричност је способност одређених чврстих материјала да акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. Реч „пиезоелектричност“ потиче од грчких речи „пиезеин“ што значи „стиснути“ или „притиснути“ и „електрон“ што значи „ћилибар“, древни извор електричног набоја. Пиезоелектрицитет је линеарна електромеханичка интеракција између механичких и електричних стања у кристалним материјалима са инверзионом симетријом.
Пиезоелектрични ефекат је реверзибилан процес; материјали који показују пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. На пример, кристали оловног цирконат титаната стварају мерљиву пиезоелектричност када се њихова статичка структура деформише у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, кристали могу да промене своју статичку димензију када се примени спољашње електрично поље, што је феномен познат као инверзни пиезоелектрични ефекат, који се користи у производњи ултразвучних таласа.
Пиезоелектрични ефекат се користи у разним применама, укључујући производњу електричне енергије високог напона. Пиезоелектрични материјали се користе у производњи и детекцији звука, у пиезоелектричној инкјет штампи, у генераторима сата, у електронским уређајима, у микровагама, у погонским ултразвучним млазницама и у оптичким склоповима за ултрафино фокусирање.
Пиезоелектрицитет се такође користи у свакодневним применама, као што је стварање варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, у бакљама, упаљачима за цигарете и материјалима са пироелектричним ефектом, који стварају електрични потенцијал као одговор на промену температуре. Овај ефекат су проучавали Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хауја и Антоана Сезара Бекерела, који су поставили везу између механичког напрезања и електричног набоја, иако су се њихови експерименти показали неубедљивим.
Комбиновано знање о пироелектричности и разумевање основних кристалних структура довело је до предвиђања пироелектричности и способности предвиђања понашања кристала. Ово је показано дејством кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Натријум-калијум тартарат тетрахидрат и кварц су такође показали пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск је коришћен за генерисање напона када се деформише. Ово је било у великој мери преувеличано у Киријевој демонстрацији директног пиезоелектричног ефекта.
Браћа Пјер и Жак Кири су наставили да добију квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима. Деценијама је пиезоелектрицитет остао лабораторијски куриозитет, али је био витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које показују пиезоелектричност кулминирао је у публикацији Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала), која описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричну константу користећи тензоелектричну анализу.
Практична примена пиезоелектричних уређаја почела је развојем сонара током Првог светског рата. У Француској, Пол Ланжевен и његови сарадници развили су ултразвучни детектор за подморнице. Детектор се састојао од претварача направљеног од танких кристала кварца пажљиво залепљених на челичне плоче и хидрофона за детекцију повратног еха. Емитовањем високофреквентног импулса из претварача и мерењем времена које је потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта, могли су да израчунају удаљеност објекта. Користили су пиезоелектричност да би сонар био успешан, а пројекат је створио интензиван развој и интересовање за пиезоелектричне уређаје током наредних деценија.
Истражени су и развијени нови пиезоелектрични материјали и нове примене ових материјала. Пиезоелектрични уређаји нашли су своје домове у разним областима, као што су керамички фонографски кертриџи, који су поједноставили дизајн плејера и направили јефтиније, прецизније грамофоне који су били јефтинији за одржавање и лакши за прављење. Развој ултразвучних претварача омогућио је лако мерење вискозитета и еластичности течности и чврстих материја, што је резултирало огромним напретком у истраживању материјала. Ултразвучни рефлектометри временског домена шаљу ултразвучни импулс у материјал и мере рефлексије и дисконтинуитете како би пронашли недостатке унутар ливених металних и камених предмета, побољшавајући структурну сигурност.
У Другом светском рату независне истраживачке групе у Сједињеним Државама, Русији и Јапану откриле су нову класу синтетичких материјала под називом фер
Цлоцк Генератор
Пиезоелектричност је способност одређених материјала да акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. Овај феномен је коришћен за креирање бројних корисних апликација, укључујући генераторе такта. Генератори сата су уређаји који користе пиезоелектричност за генерисање електричних сигнала са прецизним временским задатком.
Генератори сата се користе у разним апликацијама, као што су рачунари, телекомуникације и аутомобилски системи. Такође се користе у медицинским уређајима, као што су пејсмејкери, како би се обезбедило тачно време електричних сигнала. Генератори сата се такође користе у индустријској аутоматизацији и роботици, где је прецизно мерење времена од суштинског значаја.
Пиезоелектрични ефекат се заснива на линеарној електромеханичкој интеракцији између механичких и електричних стања у кристалним материјалима са инверзионом симетријом. Овај ефекат је реверзибилан, што значи да материјали који показују пиезоелектричност такође могу да генеришу механичко напрезање када се примени електрично поље. Ово је познато као инверзни пиезоелектрични ефекат и користи се за производњу ултразвучних таласа.
Генератори такта користе овај инверзни пиезоелектрични ефекат за генерисање електричних сигнала са прецизним тајмингом. Пиезоелектрични материјал се деформише електричним пољем, што узрокује да вибрира на одређеној фреквенцији. Ова вибрација се затим претвара у електрични сигнал, који се користи за генерисање прецизног временског сигнала.
Генератори сата се користе у разним применама, од медицинских уређаја до индустријске аутоматизације. Поуздани су, тачни и лаки за употребу, што их чини популарним избором за многе апликације. Пиезоелектрицитет је важан део савремене технологије, а генератори такта су само једна од многих примена овог феномена.
Електронски уређаји
Пиезоелектричност је способност одређених чврстих материјала да акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. Овај феномен, познат као пиезоелектрични ефекат, користи се у разним електронским уређајима, од пикапа у гитарама са електронским појачањем до окидача у модерним електронским бубњевима.
Пиезоелектрицитет потиче од грчких речи πιεζειν (пиезеин) што значи „стиснути“ или „притиснути“ и ηλεκτρον (електрон) што значи „ћилибар“, древни извор електричног набоја. Пиезоелектрични материјали су кристали, керамика и биолошка материја као што су протеини костију и ДНК, који показују пиезоелектрични ефекат.
Пиезоелектрични ефекат је линеарна електромеханичка интеракција између механичких и електричних стања у кристалним материјалима са инверзионом симетријом. То је реверзибилан процес, што значи да материјали који показују пиезоелектрични ефекат такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. На пример, кристали оловног цирконат титаната стварају мерљиву пиезоелектричност када је њихова статичка структура деформисана у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, кристали могу да промене своју статичку димензију када се примени спољашње електрично поље, феномен познат као инверзни пиезоелектрични ефекат, који се користи у производњи ултразвучних таласа.
За откриће пиезоелектричности заслужни су француски физичари Пјер и Жак Кири, који су демонстрирали директан пиезоелектрични ефекат 1880. Њихово комбиновано знање о пироелектричности и разумевање основних кристалних структура дало је повода за предвиђање пироелектричног ефекта и способност предвиђања понашање кристала је показано дејством кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со.
Пиезоелектрицитет се користи у разним свакодневним применама, као што је стварање варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, бакљи, упаљачима за цигарете и материјалима са пироелектричним ефектом који стварају електрични потенцијал као одговор на промену температуре. Ово су проучавали Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хаија и Антоана Сезара Бекерела, који су поставили везу између механичког напрезања и електричног набоја. Експерименти су се, међутим, показали неубедљивим, све док поглед на пиезо кристал у музеју Киријеве компензације у Шкотској није показао директан пиезоелектрични ефекат браће Кири.
Пиезоелектричност се користи у разним електронским уређајима, од пицкуп-а у гитарама са електронским појачањем до окидача у модерним електронским бубњевима. Такође се користи у производњи и детекцији звука, пиезоелектричном инкјет штампању, производњи електричне енергије високог напона, генераторима такта, микровагама, погонским ултразвучним млазницама и оптичким склоповима ултра финог фокусирања. Пиезоелектрицитет је такође основа за скенирање сонде микроскопа, који се користе за решавање слика у размери атома.
Микробаланси
Пиезоелектричност је способност одређених чврстих материјала да акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. Пиезоелектрицитет потиче од грчких речи πιεζειν (пиезеин), што значи „стискати“ или „притиснути“, и ηλεκτρον (електрон), што значи „ћилибар“, древни извор електричног набоја.
Пиезоелектричност се користи у разним свакодневним применама, као што је стварање варница за паљење гаса за уређаје за кување и грејање, бакље, упаљаче за цигарете и још много тога. Такође се користи у производњи и детекцији звука и у пиезоелектричној инкјет штампи.
Пиезоелектричност се такође користи за производњу електричне енергије високог напона, а основа је генератора такта и електронских уређаја као што су микровага. Пиезоелектричност се такође користи за погон ултразвучних млазница и оптичких склопова ултра финог фокусирања.
За откриће пиезоелектричности заслужни су француски физичари Жак и Пјер Кири 1880. Браћа Кири су комбиновали своје знање о пироелектричности и разумевање основних кристалних структура да би створили концепт пиезоелектричности. Били су у стању да предвиде понашање кристала и показали ефекат у кристалима као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со.
Пиезоелектрични ефекат је искоришћен за корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука. Развој сонара током Првог светског рата био је велики напредак у употреби пиезоелектричности. После Другог светског рата, независне истраживачке групе у Сједињеним Државама, Русији и Јапану откриле су нову класу синтетичких материјала названих фероелектрици, који су показивали пиезоелектричне константе до десет пута веће од природних материјала.
Ово је довело до интензивног истраживања и развоја материјала баријум титаната и касније олово цирконат титаната, који су имали специфична својства за посебне примене. Значајан пример употребе пиезоелектричних кристала развијен је у Белл Телепхоне Лабораториес након Другог светског рата.
Фредерицк Р. Лацк, који је радио у одељењу за радио-телефонију, развио је резани кристал који је радио у широком распону температура. Лаковом кристалу нису били потребни тешки додаци претходних кристала, што је олакшавало његову употребу у авионима. Овакав развој догађаја омогућио је савезничким ваздушним снагама да се ангажују у координисаним масовним нападима користећи авијацијски радио.
Развој пиезоелектричних уређаја и материјала у Сједињеним Државама задржао је неколико компанија у пословању, а развој кристала кварца је комерцијално искоришћен. Пиезоелектрични материјали су од тада коришћени у разним применама, укључујући медицинско снимање, ултразвучно чишћење и још много тога.
Погон ултразвучне млазнице
Пиезоелектрицитет је електрични набој који се акумулира у одређеним чврстим материјалима као што су кристали, керамика и биолошка материја попут кости и ДНК. То је одговор на примењено механичко напрезање и потиче од грчких речи 'пиезеин', што значи 'стиснути' или 'притиснути', и 'електрон', што значи 'ћилибар', древног извора електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат је линеарна електромеханичка интеракција између механичких и електричних стања кристалних материјала са инверзионом симетријом. То је реверзибилан процес, што значи да материјали који показују пиезоелектрични ефекат такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. Пример за то су кристали олово цирконат титаната, који стварају мерљиву пиезоелектричност када се њихова статичка структура деформише у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, када се примени спољашње електрично поље, кристали мењају своју статичку димензију, што доводи до инверзног пиезоелектричног ефекта, који је производња ултразвучних таласа.
Француски физичари Жак и Пјер Кири открили су пиезоелектричност 1880. године и од тада се користи за разне корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука. Пиезоелектрицитет такође налази свакодневну употребу, као што је стварање варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, бакљи, упаљачима за цигарете и још много тога.
Пироелектрични ефекат, који је материјал који ствара електрични потенцијал као одговор на температурну промену, проучавали су Карл Лине, Франц Аепинус и средином 18. века црпећи знање од Ренеа Хауиа и Антоинеа Цезара Бецкуерела који су поставили везу између механичког напрезања и наелектрисање. Експерименти који су ово доказали били су неубедљиви.
Поглед на пиезо кристал у Киријевом компензатору у Хунтериан музеју у Шкотској је демонстрација директног пиезоелектричног ефекта браће Пјер и Жак Кири. Комбиновање њиховог знања о пироелектричности и разумевање основних кристалних структура довело је до предвиђања пироелектричности и омогућило им да предвиде понашање кристала. Ово је показано са ефектом кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Натријум и калијум тартарат тетрахидрат и кварц такође су показали пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск је коришћен да генерише напон када се деформише. Киријеви су ово увелико преувеличали да би предвидели обрнути пиезоелектрични ефекат, који је из основних термодинамичких принципа математички извео Габријел Липман 1881.
Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и добили квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима. Деценијама, пиезоелектрицитет је остао лабораторијски куриозитет, али је био витално оруђе у откривању полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири у њиховом раду на истраживању и дефинисању кристалних структура које показују пиезоелектричност. Ово је кулминирало објављивањем књиге Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала), која описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричне константе кроз тензорску анализу.
Практична примена пиезоелектричних уређаја почела је са сонаром, који је развијен током Првог светског рата. У Француској, Пол Ланжевен и његови сарадници развили су ултразвучни детектор за подморнице. Детектор се састојао од претварача направљеног од танких кварцних кристала пажљиво залепљених на челичне плоче, названог хидрофон, да детектује повратни ехо након емитовања високофреквентног импулса. Мерењем времена које је потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта, могли би да израчунају удаљеност објекта. Ова употреба пиезоелектричности у сонару је била успешна, а пројекат је деценијама створио интензиван развој и интересовање за пиезоелектричне уређаје.
Истражени су и развијени нови пиезоелектрични материјали и нове апликације за ове материјале, а пиезоелектрични уређаји су нашли домове у областима као што су керамички фонографски кертриџи, који су поједноставили дизајн плејера и направљени за јефтиније, прецизније грамофоне који су били јефтинији за одржавање и лакши за изградњу . Развој ултразвучних претварача омогућио је лако мерење вискозитета и еластичности течности и чврстих материја, што је резултирало огромним напретком у истраживању материјала. Ултразвучни рефлектометри временског домена шаљу ултразвучни импулс кроз материјал и мере рефлексије и дисконтинуитете како би пронашли недостатке унутар ливених металних и камених предмета
Ултрафини фокусирајући оптички склопови
Пиезоелектричност је способност одређених материјала да акумулирају електрични набој када су подвргнути механичком напрезању. То је линеарна електромеханичка интеракција између електричних и механичких стања кристалних материјала са инверзионом симетријом. Пиезоелектричност је реверзибилан процес, што значи да материјали који показују пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља.
Пиезоелектричност је коришћена у разним применама, укључујући производњу и детекцију звука и производњу електричне енергије високог напона. Пиезоелектричност се такође користи у инкјет штампи, генераторима сата, електронским уређајима, микровагама, погонским ултразвучним млазницама и оптичким склоповима за ултрафино фокусирање.
Пиезоелектрицитет су 1880. године открили француски физичари Жак и Пјер Кири. Пиезоелектрични ефекат се користи у корисним применама, као што су производња и детекција звука и производња електричне енергије високог напона. Такође се користи и пиезоелектрична инкјет штампа, као и генератори такта, електронски уређаји, микроваге, погонске ултразвучне млазнице и оптички склопови за ултрафино фокусирање.
Пиезоелектрицитет је нашао свој пут у свакодневну употребу, као што је стварање варница за паљење гаса за уређаје за кување и грејање, бакље, упаљаче за цигарете и материјале са пироелектричним ефектом који стварају електрични потенцијал као одговор на промену температуре. Овај ефекат су проучавали Царл Линнаеус и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Рене Хауиа и Антоине Цесар Бецкуерел који су поставили везу између механичког напрезања и електричног набоја. Експерименти су се показали неубедљивим.
Поглед на пиезо кристал у Киријевом компензатору у Хунтериан музеју у Шкотској је демонстрација директног пиезоелектричног ефекта браће Пјер и Жак Кири. У комбинацији са својим знањем о пироелектричности и њиховим разумевањем основних кристалних структура, они су дали повода за предвиђање пироелектричности и способност предвиђања понашања кристала. Ово се показало у дејству кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со.
Натријум и калијум тартарат тетрахидрат, кварц и Рошелова со су испољили пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск је коришћен за генерисање напона када се деформише, иако је промена облика била знатно преувеличана. Киријеви су предвидели обрнути пиезоелектрични ефекат, а супротни ефекат је математички изведен из основних термодинамичких принципа Габријела Липмана 1881. Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и добили квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро- еластомеханичке деформације у пиезоелектричним кристалима.
Деценијама је пиезоелектрицитет остао лабораторијски куриозитет све док није постао витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које су показивале пиезоелектричност кулминирао је објављивањем књиге Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала). Ово описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричне константе користећи тензорску анализу за практичну примену пиезоелектричних уређаја.
Развој сонара је био успешан пројекат који је створио интензиван развој и интересовање за пиезоелектричне уређаје. Деценијама касније, истражени су и развијени нови пиезоелектрични материјали и нове примене ових материјала. Пиезоелектрични уређаји нашли су се у разним областима, као што су керамички фонографски кертриџи, који су поједноставили дизајн плејера и учинили грамофоне јефтинијим и лакшим за одржавање и прављење. Развој ултразвучних претварача омогућио је лако мерење вискозитета и еластичности течности и чврстих материја, што је резултирало огромним напретком у истраживању материјала. Ултразвучни рефлектометри временског домена шаљу ултразвучни импулс у материјал и мере рефлексије и дисконтинуитете како би пронашли недостатке унутар ливених металних и камених предмета, побољшавајући структурну сигурност.
Почеци интересовања у области пиезоелектрике осигурани су профитабилним патентима нових материјала развијених од кристала кварца, који су комерцијално експлоатисани као пиезоелектрични материјал. Научници су тражили материјале бољег учинка, и упркос напретку у материјалима и сазревању производних процеса, тржиште Сједињених Држава није брзо расло. Насупрот томе, јапански произвођачи су брзо делили информације и нове апликације за раст у пиезоелектричној индустрији Сједињених Држава су претрпеле за разлику од јапанских произвођача.
Пиезоелектрични мотори
У овом одељку говорићу о томе како се пиезоелектричност користи у модерној технологији. Од микроскопа за скенирање сонде који могу да разреше слике у размери атома до пицкуп-а за гитаре са електронским појачањем и окидача за модерне електронске бубњеве, пиезоелектричност је постала саставни део многих уређаја. Истражићу историју пиезоелектричности и како је коришћен у разним применама.
Форме Основе скенирајућих пробних микроскопа
Пиезоелектрицитет је електрични набој који се акумулира у одређеним чврстим материјалима, као што су кристали, керамика и биолошка материја попут кости и ДНК. То је одговор на примењени механички стрес, а реч пиезоелектрицитет потиче од грчке речи πιεζειν (пиезеин) што значи „стиснути“ или „притиснути“ и ηλεκτρον (електрон) што значи „ћилибар“, древни извор електричног набоја.
Пиезоелектрични мотори су уређаји који користе пиезоелектрични ефекат за стварање покрета. Овај ефекат је линеарна електромеханичка интеракција између механичких и електричних стања у кристалним материјалима са инверзионом симетријом. То је реверзибилан процес, што значи да материјали који показују пиезоелектрични ефекат такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. Примери материјала који стварају мерљиву пиезоелектричност су кристали олово цирконат титаната.
Пиезоелектрични ефекат се користи у корисним апликацијама, као што су производња и детекција звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производња електричне енергије високог напона, генератори часовника и електронски уређаји као што су микроваге и погонске ултразвучне млазнице за ултрафино фокусирање оптичких склопова. Такође чини основу микроскопа за скенирање сонде, који се користе за решавање слика у размери атома.
Пиезоелектрицитет су 1880. године открили француски физичари Жак и Пјер Кири. Поглед на пиезо кристал и Киријев компензатор може се видети у Хунтериан музеју у Шкотској, што је демонстрација директног пиезоелектричног ефекта браће Пјер и Жак Кири.
Комбиновање њиховог знања о пироелектричности и њиховог разумевања основних кристалних структура довело је до предвиђања пироелектричности, што им је омогућило да предвиде понашање кристала. Ово је показано дејством кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Натријум и калијум тартарат тетрахидрат, кварц и Рошелова со су испољили пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск је коришћен за генерисање напона када се деформише, иако су Киријеви то увелико преувеличали.
Они су такође предвидели обрнути пиезоелектрични ефекат, а то је математички извео Габриел Липман 1881. године из фундаменталних термодинамичких принципа. Цуријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и наставили да добију квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто- механичке деформације у пиезоелектричним кристалима.
Деценијама је пиезоелектрицитет остао лабораторијски куриозитет све док није постао витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које показују пиезоелектричност кулминирао је објављивањем књиге Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала), која описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричну константу и тензиоелектричну анализу.
То је довело до практичне примене пиезоелектричних уређаја, као што је сонар, који је развијен током Првог светског рата. У Француској, Пол Ланжевен и његови сарадници развили су ултразвучни детектор за подморнице. Овај детектор се састојао од претварача направљеног од танких кристала кварца пажљиво залепљених на челичне плоче и хидрофона за детекцију повратног еха након емитовања високофреквентног импулса из претварача. Мерењем времена које је потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта, могли су да израчунају удаљеност објекта. Користили су пиезоелектричност да би овај сонар био успешан, а пројекат је деценијама створио интензиван развој и интересовање за пиезоелектричне уређаје.
Истражени су и развијени нови пиезоелектрични материјали и нове апликације за ове материјале, а пиезоелектрични уређаји су нашли дом у многим областима, као што су керамички фонографски кертриџи, који су поједноставили дизајн плејера и направљени за јефтиније и прецизније грамофоне који су били јефтинији за одржавање и лакши изградити. Развој ултразвучних претварача омогућио је лако мерење вискозитета и еластичности течности и чврстих материја, што је резултирало огромним напретком у истраживању материјала. Ултразвучни рефлектометри временског домена шаљу ултразвучни импулс у материјал и мере рефлексије и дисконтинуитете како би пронашли недостатке унутар ливених металних и камених предмета, побољшавајући структурну сигурност.
Током Другог светског рата независне истраживачке групе у САД
Решите слике у размери атома
Пиезоелектрицитет је електрични набој који се акумулира у одређеним чврстим материјалима као што су кристали, керамика и биолошка материја попут кости и ДНК. То је одговор на примењени механички стрес и потиче од грчке речи 'пиезеин', што значи стискање или притискање. Пиезоелектрични ефекат је резултат линеарне електромеханичке интеракције између механичког и електричног стања у кристалним материјалима са инверзионом симетријом.
Пиезоелектрицитет је реверзибилан процес, а материјали који показују пиезоелектрични ефекат такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. Примери овога укључују кристале олово цирконат титаната, који стварају мерљиву пиезоелектричност када је њихова статичка структура деформисана у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, кристали мењају своју статичку димензију када се примени спољашње електрично поље, што је познато као инверзни пиезоелектрични ефекат и користи се у производњи ултразвучних таласа.
Француски физичари Жак и Пјер Кири открили су пиезоелектрицитет 1880. Пиезоелектрични ефекат је искоришћен за разне корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу електричне енергије високог напона, генераторе часовника и електронске уређаје као што су микровагне и погонске ултразвучне млазнице. Такође чини основу микроскопа за скенирање сонде, који се користе за решавање слика у размери атома.
Пиезоелектрицитет се такође користи у свакодневним применама, као што је стварање варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, бакљи, упаљачима за цигарете и још много тога. Пироелектрични ефекат, који је материјал који генерише електрични потенцијал као одговор на промену температуре, проучавали су Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века. Ослањајући се на знање Ренеа Хауиа и Антоине Цесар Бецкуерел, они су поставили везу између механичког напрезања и електричног набоја, али су се њихови експерименти показали неубедљивим.
Посетиоци Хунтериан музеја у Глазгову могу да виде пиезо кристал Киријев компензатор, демонстрацију директног пиезоелектричног ефекта браће Пјер и Жак Кири. У комбинацији са својим знањем о пироелектричности и разумевањем основних кристалних структура, они су дали повода за предвиђање пироелектричности и способност предвиђања понашања кристала. Ово је показано дејством кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Натријум и калијум тартарат тетрахидрат, кварц и Рошелова со су испољили пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск генерише напон када се деформише, иако је промена облика у великој мери преувеличана. Киријеви су били у стању да предвиде конверзни пиезоелектрични ефекат, а супротни ефекат је математички изведен из основних термодинамичких принципа од стране Габријела Липмана 1881.
Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и добили квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима. Деценијама је пиезоелектрицитет остао лабораторијски куриозитет, али је био витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које показују пиезоелектричност кулминирао је објављивањем књиге Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала).
Пикапи гитаре са електронским појачањем
Пиезоелектрични мотори су електромотори који користе пиезоелектрични ефекат за претварање електричне енергије у механичку енергију. Пиезоелектрични ефекат је способност одређених материјала да генеришу електрични набој када су подвргнути механичком напрезању. Пиезоелектрични мотори се користе у разним апликацијама, од напајања малих уређаја као што су сатови и сатови до напајања већих машина као што су роботи и медицинска опрема.
Пиезоелектрични мотори се користе у гитарама са електронским појачањем. Ови пикапи користе пиезоелектрични ефекат за претварање вибрација жица гитаре у електрични сигнал. Овај сигнал се затим појачава и шаље на појачало, које производи звук гитаре. Пиезоелектрични пикапи се такође користе у модерним електронским бубњевима, где се користе за откривање вибрација глава бубња и њихово претварање у електрични сигнал.
Пиезоелектрични мотори се такође користе у микроскопима за скенирање сонде, који користе пиезоелектрични ефекат за померање мале сонде преко површине. Ово омогућава микроскопу да разреши слике на скали атома. Пиезоелектрични мотори се такође користе у инкјет штампачима, где се користе за померање главе штампача напред-назад преко странице.
Пиезоелектрични мотори се користе у низу других апликација, укључујући медицинске уређаје, аутомобилске компоненте и потрошачку електронику. Такође се користе у индустријској примени, као што је производња прецизних делова и монтажа сложених компоненти. Пиезоелектрични ефекат се такође користи у производњи ултразвучних таласа, који се користе у медицинском снимању и откривању недостатака у материјалима.
Све у свему, пиезоелектрични мотори се користе у широком спектру апликација, од напајања малих уређаја до напајања већих машина. Користе се у гитарама са електронским појачањем, модерним електронским бубњевима, микроскопима за скенирање, инкјет штампачима, медицинским уређајима, аутомобилским компонентама и потрошачкој електроници. Пиезоелектрични ефекат се такође користи у производњи ултразвучних таласа и у откривању недостатака у материјалима.
Триггерс Модерн Елецтрониц Друмс
Пиезоелектрицитет је електрични набој који се акумулира у одређеним чврстим материјалима као што су кристали, керамика и биолошка материја попут кости и ДНК. То је одговор ових материјала на примењени механички стрес. Реч пиезоелектрицитет потиче од грчке речи „пиезеин“, што значи „стискати или притиснути“, и речи „електрон“, што значи „ћилибар“, древни извор електричног набоја.
Пиезоелектрични мотори су уређаји који користе пиезоелектрични ефекат за стварање покрета. Овај ефекат је резултат линеарне електромеханичке интеракције између механичких и електричних стања кристалних материјала са инверзионом симетријом. То је реверзибилан процес, што значи да материјали који показују пиезоелектрични ефекат такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. Пример за то су кристали олово цирконат титаната, који стварају мерљиву пиезоелектричност када се њихова статичка структура деформише у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, када се примени спољашње електрично поље, кристали мењају своју статичку димензију, производећи ултразвучне таласе.
Пиезоелектрични мотори се користе у разним свакодневним апликацијама, као што су:
• Стварање варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање
• Бакље, упаљачи за цигарете и материјали са пироелектричним ефектом
• Стварање електричног потенцијала као одговор на промену температуре
• Производња и детекција звука
• Пиезоелектрично инкјет штампање
• Производња електричне енергије високог напона
• Генератор сата и електронски уређаји
• Микровага
• Погон ултразвучних млазница и оптичких склопова за ултрафино фокусирање
• Формира основу скенирајућих пробних микроскопа
• Решите слике у размери атома
• Пикапови гитаре са електронским појачањем
• Окида модерне електронске бубњеве.
Електромеханичко моделирање пиезоелектричних претварача
У овом одељку ћу истраживати електромеханичко моделирање пиезоелектричних претварача. Гледаћу историју открића пиезоелектричности, експерименте који су доказали његово постојање и развој пиезоелектричних уређаја и материјала. Такође ћу расправљати о доприносима француских физичара Пјера и Жака Кирија, Карла Линеја и Франца Аепинуса, Ренеа Хауја и Антоана Цезара Бекерела, Габријела Липмана и Волдемара Војгта.
француски физичари Пјер и Жак Кири
Пиезоелектрицитет је електромеханички феномен где се електрични набој акумулира у одређеним чврстим материјалима као што су кристали, керамика и биолошка материја попут кости и ДНК. Ово пуњење се ствара као одговор на примењени механички стрес. Реч „пиезоелектрицитет“ потиче од грчке речи „пиезеин“, што значи „стискати или притиснути“, и „електрон“, што значи „ћилибар“, древног извора електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат је резултат линеарне електромеханичке интеракције између механичких и електричних стања у материјалима са инверзионом симетријом. Овај ефекат је реверзибилан, што значи да материјали који показују пиезоелектрични ефекат такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, где се ствара унутрашње стварање механичког напрезања као одговор на примењено електрично поље. На пример, кристали оловног цирконат титаната стварају мерљиву пиезоелектричност када се њихова статичка структура деформише у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, када се примени спољашње електрично поље, кристали мењају своју статичку димензију, производећи ултразвучне таласе у процесу познатом као инверзни пиезоелектрични ефекат.
1880. године, француски физичари Пјер и Жак Кири открили су пиезоелектрични ефекат и од тада се он користи за разне корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу електричне енергије високог напона, генераторе часовника и електронске уређаји као што су микроваге и погонске ултразвучне млазнице за ултрафино фокусирање оптичких склопова. Такође чини основу за скенирање пробних микроскопа, који могу да разреше слике у размери атома. Пиезоелектричност се такође користи у пицкупима за гитаре са електронским појачањем и окидачима за модерне електронске бубњеве.
Пиезоелектрицитет такође налази свакодневну употребу, као што је стварање варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, бакљи, упаљачима за цигарете и још много тога. Пироелектрични ефекат, где материјал генерише електрични потенцијал као одговор на промену температуре, проучавали су Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хауиа и Антоине Цесар Бецкуерел-а, који су поставили везу између механичко напрезање и електрични набој, иако су се њихови експерименти показали неубедљивим.
Комбинујући своје знање о пироелектричности са разумевањем основних кристалних структура, Киријеви су били у стању да дају повода за предвиђање пироелектричности и предвиде понашање кристала. Ово се показало у дејству кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Натријум-калијум тартарат тетрахидрат и кварц су такође показали пиезоелектричност. Пиезоелектрични диск генерише напон када се деформише, иако је то у Киријевој демонстрацији у великој мери преувеличано. Такође су били у стању да предвиде обрнути пиезоелектрични ефекат и математички га извуку из основних термодинамичких принципа Габријела Липмана 1881.
Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и добили квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима. У деценијама које су уследиле, пиезоелектрицитет је остао лабораторијски куриозитет све док није постао витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које показују пиезоелектричност кулминирао је објављивањем Волдемара Воигта 'Лехрбуцх дер Кристаллпхисик' (Уџбеник физике кристала).
Експерименти су се показали неуверљивим
Пиезоелектрицитет је електромеханички феномен у коме се електрични набој акумулира у одређеним чврстим материјалима, као што су кристали, керамика и биолошке материје попут кости и ДНК. То је одговор на примењени механички стрес, а реч 'пиезоелектрицитет' потиче од грчких речи 'пиезеин', што значи 'стискати или притиснути', и 'електрон', што значи 'ћилибар', древни извор електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат је резултат линеарне електромеханичке интеракције између механичких и електричних стања кристалних материјала са инверзионом симетријом. То је реверзибилан процес; материјали који показују пиезоелектрични ефекат такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. На пример, кристали оловног цирконат титаната стварају мерљиву пиезоелектричност када се њихова статичка структура деформише у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, кристали могу променити своју статичку димензију када се примени спољашње електрично поље, познато као инверзни пиезоелектрични ефекат, који се користи у производњи ултразвучних таласа.
Француски физичари Пјер и Жак Кири открили су пиезоелектрицитет 1880. године. Од тада је коришћен за разне корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу струје високог напона, генераторе часовника и електронске уређаје попут микровага. , погон ултразвучних млазница и оптички склоп за ултрафино фокусирање. Такође чини основу микроскопа за скенирање сонде, који могу да разреше слике на скали атома. Пиезоелектричност се такође користи у пицкупима за гитаре са електронским појачањем и окидачима за модерне електронске бубњеве.
Пиезоелектрицитет налази свакодневну употребу у стварању варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, бакљи, упаљачима за цигарете и још много тога. Пироелектрични ефекат, у којем материјал генерише електрични потенцијал као одговор на температурну промену, проучавали су Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хауиа и Антоинеа Цезара Бецкуерела, који су поставили везу између механичког напрезања и електричног набоја. Експерименти су се показали неубедљивим.
Комбиновано знање о пироелектричности и разумевање основних кристалних структура довело је до предвиђања пироелектричности и способности да се предвиди понашање кристала. Ово се показало у дејству кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Натријум-калијум тартарат тетрахидрат и кварц су такође показали пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск је коришћен за генерисање напона када се деформише. Ово је било у великој мери преувеличано у Киријевој демонстрацији директног пиезоелектричног ефекта.
Браћа Пјер и Жак Кири предвидели су обрнути пиезоелектрични ефекат, а супротни ефекат је математички изведен из основних термодинамичких принципа Габријела Липмана 1881. године. реверзибилност електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима.
Деценијама је пиезоелектрицитет остао лабораторијски куриозитет, али је био витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које су показивале пиезоелектричност кулминирао је објављивањем књиге Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала). Ово описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричне константе користећи тензорску анализу. Ово је била прва практична примена пиезоелектричних претварача, а сонар је развијен током Првог светског рата. У Француској, Пол Ланжевен и његови сарадници развили су ултразвучни детектор за подморнице.
Карл Лине и Франц Аепин
Пиезоелектрицитет је електромеханички феномен у коме се електрични набој акумулира у одређеним чврстим материјалима као што су кристали, керамика и биолошке материје попут кости и ДНК. Ово пуњење се ствара као одговор на примењени механички стрес. Реч пиезоелектрицитет потиче од грчких речи πιεζειν (пиезеин) што значи „стискати или притиснути” и ηλεκτρον (електрон) што значи „ћилибар”, древни извор електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат је резултат линеарне електромеханичке интеракције између механичког и електричног стања кристалних материјала са инверзионом симетријом. Овај ефекат је реверзибилан, што значи да материјали који показују пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, што је унутрашње стварање механичког напрезања које је резултат примењеног електричног поља. На пример, кристали оловног цирконат титаната стварају мерљиву пиезоелектричност када се њихова статичка структура деформише у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, кристали могу променити своју статичку димензију када се примени спољашње електрично поље, што је познато као инверзни пиезоелектрични ефекат и користи се у производњи ултразвучних таласа.
Године 1880, француски физичари Жак и Пјер Кири открили су пиезоелектрични ефекат и од тада је коришћен за многе корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу електричне енергије високог напона, генераторе часовника, електронске уређаје, микроваге. , погон ултразвучних млазница и оптички склоп за ултрафино фокусирање. Такође чини основу за скенирање пробних микроскопа, који се користе за решавање слика на скали атома. Пиезоелектричност се такође користи у пицкупима за гитаре са електронским појачањем и окидачима за модерне електронске бубњеве.
Пиезоелектрицитет се такође налази у свакодневној употреби, као што је стварање варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, бакљи, упаљачима за цигарете и пироелектрични ефекат, који је када материјал генерише електрични потенцијал као одговор на промену температуре. Овај ефекат су проучавали Карл Лине и Франц Епинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хауиа и Антоине Цесар Бецкуерел-а, који су поставили везу између механичког напрезања и електричног набоја, иако су се њихови експерименти показали неубедљивим.
Поглед на пиезо кристал у Киријевом компензатору у Хунтериан музеју у Шкотској је демонстрација директног пиезоелектричног ефекта браће Пјер и Жак Кири. Комбиновање њиховог знања о пироелектричности са разумевањем основних кристалних структура довело је до предвиђања пироелектричности и способности да се предвиди понашање кристала. Ово је показано дејством кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Натријум-калијум тартарат тетрахидрат и кварц из Рошелове соли су показали пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск генерише напон када се деформише, иако је то у великој мери преувеличано у Киријевој демонстрацији.
Предвиђање обрнутог пиезоелектричног ефекта и његову математичку дедукцију из основних термодинамичких принципа направио је Габријел Липман 1881. Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и добили квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто- механичке деформације у пиезоелектричним кристалима. Деценијама, пиезоелектрицитет је остао лабораторијски куриозитет све док није постао витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири, који су га користили за истраживање и дефинисање кристалних структура које показују пиезоелектричност. Ово је кулминирало објављивањем Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала), који описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричне константе користећи тензорску анализу.
Ова практична примена пиезоелектричних претварача довела је до развоја сонара током Првог светског рата. У Француској, Пол Ланжевен и његови сарадници развили су ултразвучни детектор за подморнице. Детектор се састојао од претварача направљеног од танких кристала кварца пажљиво залепљених на челичне плоче и хидрофона за детекцију повратног еха након емитовања високофреквентног импулса из претварача. Мерењем времена које је потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта, могли су да израчунају удаљеност објекта. Користили су пиезоелектричност да би овај сонар учинили успешним, а пројекат је створио интензиван развој и интересовање за пиезоелектричне уређаје
Рене Хауи и Антоине Цесар Бецкуерел
Пиезоелектрицитет је електромеханички феномен који се јавља када одређени чврсти материјали, као што су кристали, керамика и биолошка материја попут кости и ДНК, акумулирају електрични набој као одговор на примењени механички стрес. Пиезоелектрицитет потиче од грчке речи 'пиезеин', што значи 'стискати или притиснути', и 'електрон', што значи 'ћилибар', древног извора електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат је резултат линеарне електромеханичке интеракције између механичких и електричних стања у кристалним материјалима са инверзионом симетријом. Овај ефекат је реверзибилан, што значи да материјали који испољавају пиезоелектрични ефекат такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, или унутрашње стварање механичког напрезања као резултат примењеног електричног поља. На пример, кристали оловног цирконат титаната стварају мерљиву пиезоелектричност када се њихова статичка структура деформише у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, кристали могу променити своју статичку димензију када се примени спољашње електрично поље, што резултира инверзним пиезоелектричним ефектом и производњом ултразвучних таласа.
Француски физичари Пјер и Жак Кири открили су пиезоелектрични ефекат 1880. Овај ефекат је искоришћен за низ корисних примена, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу електричне енергије високог напона, генераторе часовника и електронске уређаје попут микровага, погонских ултразвучних млазница и оптичких склопова за ултрафино фокусирање. Такође чини основу микроскопа за скенирање сонде, који могу да разреше слике на скали атома. Пиезоелектричност се такође користи у пицкупима за гитаре са електронским појачањем и окидачима за модерне електронске бубњеве.
Пиезоелектрични ефекат су први проучавали Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хауја и Антоана Цезара Бекерела, који су поставили везу између механичког напрезања и електричног набоја. Међутим, експерименти су се показали неубедљивим. У комбинацији са познавањем пироелектричности и разумевањем основних кристалних структура, ово је довело до предвиђања пироелектричности и способности предвиђања понашања кристала. Ово се показало у дејству кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. Натријум-калијум тартарат тетрахидрат и кварц су такође показали пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск је коришћен за генерисање напона када се деформише. Овај ефекат је био у великој мери преувеличан у Киријевој демонстрацији у Музеју Шкотске, која је показала директан пиезоелектрични ефекат.
Браћа Пјер и Жак Кири су наставили да добију квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима. Деценијама је пиезоелектрицитет остао лабораторијски куриозитет, све док није постао витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Овај рад је истраживао и дефинисао кристалне структуре које су показивале пиезоелектричност, што је кулминирало објављивањем књиге Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала).
Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и прешли на математички закључак о фундаменталним термодинамичким принципима обрнутог ефекта. Ово је урадио Габријел Липман 1881. Пиезоелектричност је тада коришћена за развој сонара током Првог светског рата. У Француској, Пол Лангевен и његови сарадници развили су ултразвучни детектор за подморнице. Овај детектор се састојао од претварача направљеног од танких кристала кварца пажљиво залепљених на челичне плоче и хидрофона за детекцију повратног еха. Емитовањем високофреквентног импулса из претварача и мерењем времена које је потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта, могли би израчунати удаљеност до објекта.
Употреба пиезоелектричних кристала је даље развијена од стране Белл Телепхоне Лабораториес након Другог светског рата. Фредерицк Р. Лацк, који је радио у одељењу за радио-телефонију, развио је резани кристал који је могао да ради у широком распону температура. Лаковом кристалу нису били потребни тешки додаци претходних кристала, што је олакшавало његову употребу у авионима. Овај развој је омогућио савезничким ваздушним снагама да се ангажују у координисаним масовним нападима, користећи авијацијски радио. Развој пиезоелектричних уређаја и материјала у Сједињеним Државама задржао је компаније у развоју ратних почетака у овој области, а развила су се интересовања за обезбеђивање профитабилних патената за нове материјале. Кристали кварца су комерцијално коришћени као пиезоелектрични материјал, а научници су тражили материјале бољег учинка. Упркос напретку у материјалима и сазревању производних процеса, Сједињене Државе
Габриел Липпманн
Пиезоелектрицитет је електромеханички феномен у коме се електрични набој акумулира у одређеним чврстим материјалима, као што су кристали, керамика и биолошке материје попут кости и ДНК. То је резултат интеракције између механичких и електричних стања у материјалима са инверзионом симетријом. Пиезоелектрицитет су први открили француски физичари Пјер и Жак Кири 1880.
Пиезоелектричност је искоришћена за разне корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање и производњу електричне енергије високог напона. Пиезоелектрицитет потиче од грчких речи πιεζειν (пиезеин) што значи „стискати или притиснути” и ηλεκτρον (електрон) што значи „ћилибар”, древни извор електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат је реверзибилан, што значи да материјали који испољавају пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, у коме је унутрашње стварање механичког напрезања резултат примене електричног поља. На пример, кристали оловног цирконат титаната стварају мерљиву пиезоелектричност када се њихова статичка структура деформише у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, кристали могу променити своју статичку димензију када се примени спољашње електрично поље, процес познат као инверзни пиезоелектрични ефекат. Овај процес се може користити за производњу ултразвучних таласа.
Пиезоелектрични ефекат се проучава од средине 18. века, када су Царл Линнаеус и Франц Аепинус, ослањајући се на знање Ренеа Хауиа и Антоине Цесар Бецкуерел, поставили везу између механичког напрезања и електричног набоја. Међутим, експерименти су се показали неубедљивим. Тек када је комбиновано знање о пироелектричности и разумевање основних кристалних структура довело до предвиђања пироелектричности, истраживачи су могли да предвиде понашање кристала. Ово је показано дејством кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со.
Габријел Липман је 1881. године математички извео основне термодинамичке принципе обрнутог пиезоелектричног ефекта. Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и добили квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима.
Деценијама је пиезоелектрицитет остао лабораторијски куриозитет све док није постао витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера и Марије Кири. Њихов рад на истраживању и дефинисању кристалних структура које су показивале пиезоелектричност кулминирао је објављивањем књиге Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала). Ово описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричне константе помоћу тензорске анализе.
Практична примена пиезоелектричних уређаја почела је развојем сонара током Првог светског рата. Пол Лангевин и његови сарадници развили су ултразвучни детектор за подморнице. Овај детектор се састојао од претварача направљеног од танких кристала кварца пажљиво залепљених на челичне плоче и хидрофона за детекцију повратног еха. Емитујући високофреквентни импулс из претварача и мерећи време потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта, могли су да израчунају растојање до објекта. Ова употреба пиезоелектричности за сонар била је успешна, а пројекат је створио интензиван развојни интерес за пиезоелектричне уређаје. Током деценија, нови пиезоелектрични материјали и нове примене ових материјала су истражени и развијени. Пиезоелектрични уређаји нашли су своје домове у разним областима, од керамичких фонографских кертриџа који су поједноставили дизајн плејера и учинили јефтинијим, тачним грамофонима јефтинијим за одржавање и лакшим за изградњу, до развоја ултразвучних претварача који су омогућили лако мерење вискозитета и еластичности течности и чврсте материје, што је резултирало огромним напретком у истраживању материјала. Ултразвучни рефлектометри временског домена шаљу ултразвучни импулс у материјал и мере рефлексије и дисконтинуитете како би пронашли недостатке унутар ливених металних и камених предмета, побољшавајући структурну сигурност.
После Другог светског рата, независне истраживачке групе у Сједињеним Државама, Русији и Јапану откриле су нову класу синтетичких материјала названих фероелектрици који су показивали пиезоелектричне константе до десет пута веће од природних материјала. Ово је довело до интензивног истраживања за развој баријум титаната, а касније и оловног цирконат титаната, материјала са специфичним својствима за посебне примене. Развијен је значајан пример употребе пиезоелектричних кристала
Волдемар Воигт
Пиезоелектрицитет је електромеханички феномен у коме се електрични набој акумулира у одређеним чврстим материјалима, као што су кристали, керамика и биолошке материје попут кости и ДНК. Ово пуњење се ствара као одговор на примењени механички стрес. Реч пиезоелектрицитет потиче од грчке речи „пиезеин“, што значи „стискати или притиснути“ и „електрон“, што значи „ћилибар“, древни извор електричног набоја.
Пиезоелектрични ефекат је резултат линеарне електромеханичке интеракције између механичког и електричног стања кристалних материјала са инверзионом симетријом. Овај ефекат је реверзибилан, што значи да материјали који показују пиезоелектричност такође показују обрнути пиезоелектрични ефекат, где је унутрашње стварање механичког напрезања резултат примењеног електричног поља. На пример, кристали оловног цирконат титаната стварају мерљиву пиезоелектричност када се њихова статичка структура деформише у односу на првобитну димензију. Насупрот томе, кристали могу да промене своју статичку димензију када се примени спољашње електрично поље, што је феномен познат као инверзни пиезоелектрични ефекат, који се користи у производњи ултразвучних таласа.
Француски физичари Пјер и Жак Кири открили су пиезоелектрицитет 1880. Пиезоелектрични ефекат је од тада коришћен за разне корисне примене, укључујући производњу и детекцију звука, пиезоелектрично инкјет штампање, производњу електричне енергије високог напона, генераторе часовника и електронске уређаје попут микровага и погонских ултразвучних млазница за ултрафино фокусирање оптичких склопова. Такође чини основу микроскопа за скенирање сонде, који могу да разреше слике на скали атома. Поред тога, пикапи у гитарама са електронским појачањем и окидачи у модерним електронским бубњевима користе пиезоелектрични ефекат.
Пиезоелектрицитет такође налази свакодневну употребу у стварању варница за паљење гаса у уређајима за кување и грејање, у бакљама, упаљачима за цигарете и још много тога. Пироелектрични ефекат, где материјал генерише електрични потенцијал као одговор на промену температуре, проучавали су Карл Лине и Франц Аепинус средином 18. века, ослањајући се на знање Ренеа Хауја и Антоана Цезара Бекерела, који су поставили везу између механичких стрес и електрични набој. Експерименти који су доказали ову везу показали су се неубедљивим.
Поглед на пиезо кристал у Киријевом компензатору у Хунтериан музеју у Шкотској је демонстрација директног пиезоелектричног ефекта браће Пјер и Жак Кири. Комбиновање њиховог знања о пироелектричности са разумевањем основних кристалних структура довело је до предвиђања пироелектричности, што им је омогућило да предвиде понашање кристала које су показали у ефектима кристала као што су турмалин, кварц, топаз, шећер од трске и Роцхелле со. . Натријум и калијум тартарат тетрахидрат и кварц такође су показали пиезоелектричност, а пиезоелектрични диск је коришћен да генерише напон када се деформише. Ова промена облика била је у великој мери преувеличана у Киријевој демонстрацији, и они су наставили да предвиде обрнути пиезоелектрични ефекат. Обрнути ефекат је математички извео из основних термодинамичких принципа Габријел Липман 1881.
Киријеви су одмах потврдили постојање обрнутог ефекта и добили квантитативни доказ потпуне реверзибилности електро-еласто-механичких деформација у пиезоелектричним кристалима. У деценијама које су уследиле, пиезоелектрицитет је остао лабораторијски куриозитет, све док није постао витално оруђе у открићу полонијума и радијума од стране Пјера Мари Кирија, који га је користио за истраживање и дефинисање кристалних структура које показују пиезоелектричност. Ово је кулминирало објављивањем Лехрбуцх дер Кристаллпхисик Волдемара Воигта (Уџбеник физике кристала), који описује природне кристалне класе способне за пиезоелектричност и ригорозно дефинише пиезоелектричне константе користећи тензорску анализу.
То је довело до практичне примене пиезоелектричних уређаја, као што је сонар, који је развијен током Првог светског рата. У Француској, Пол Ланжевен и његови сарадници развили су ултразвучни детектор за подморнице. Овај детектор се састојао од претварача направљеног од танких кристала кварца пажљиво залепљених на челичне плоче и хидрофона за детекцију повратног еха након емитовања високофреквентног импулса из претварача. Мерењем времена које је потребно да се чује ехо звучних таласа који се одбија од објекта, могли би израчунати растојање до објекта. Користили су пиезоелектричност да би овај сонар био успешан, а пројекат је створио интензиван развој и интересовање за њега.
Важни односи
- Пиезоелектрични актуатори: Пиезоелектрични актуатори су уређаји који претварају електричну енергију у механичко кретање. Обично се користе у роботици, медицинским уређајима и другим апликацијама где је потребна прецизна контрола покрета.
- Пиезоелектрични сензори: Пиезоелектрични сензори се користе за мерење физичких параметара као што су притисак, убрзање и вибрације. Често се користе у индустријским и медицинским апликацијама, као иу потрошачкој електроници.
- Пиезоелектрицитет у природи: Пиезоелектрицитет је природна појава у одређеним материјалима и налази се у многим живим организмима. Неки организми га користе да осете своју околину и комуницирају са другим организмима.
Zakljucak
Пиезоелектрицитет је невероватан феномен који се користи у разним применама, од сонара до фонографских кертриџа. Проучава се од средине 1800-их и користи се са великим ефектом у развоју модерне технологије. Овај блог пост је истражио историју и употребу пиезоелектричности и истакао важност овог феномена у развоју модерне технологије. За оне који су заинтересовани да сазнају више о пиезоелектричности, овај пост је одлична полазна тачка.
Ја сам Јоост Нусселдер, оснивач Неаере и продавач садржаја, тата и волим да испробавам нову опрему са гитаром у срцу моје страсти, и заједно са својим тимом, стварам детаљне чланке на блогу од 2020. да помогне верним читаоцима саветима за снимање и гитару.
