Piezoelectricity: Mwongozo wa Kina wa Kuelewa Mitambo na Utumiaji wake

habari, napenda kuunda maudhui ya bila malipo yaliyojaa vidokezo kwa wasomaji wangu, wewe. Sikubali ufadhili unaolipwa, maoni yangu ni yangu mwenyewe, lakini ukiona mapendekezo yangu yana manufaa na ukaishia kununua kitu unachopenda kupitia mojawapo ya viungo vyangu, naweza kupata kamisheni bila gharama ya ziada kwako. Kujifunza zaidi

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani kuzalisha umeme wakati unakabiliwa na mkazo wa mitambo na kinyume chake. Neno linatokana na neno la Kigiriki piezo linalomaanisha shinikizo, na umeme. Iligunduliwa kwa mara ya kwanza mnamo 1880, lakini dhana hiyo imejulikana kwa muda mrefu.

Mfano unaojulikana zaidi wa piezoelectricity ni quartz, lakini vifaa vingine vingi pia vinaonyesha jambo hili. Matumizi ya kawaida ya piezoelectricity ni uzalishaji wa ultrasound.

Katika makala hii, nitajadili piezoelectricity ni nini, jinsi inavyofanya kazi, na baadhi ya matumizi mengi ya vitendo ya jambo hili la kushangaza.

Je, piezoelectricity ni nini?

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani kutoa malipo ya umeme kwa kukabiliana na mkazo wa mitambo. Ni mwingiliano wa kielektroniki wa kielektroniki kati ya hali ya mitambo na umeme katika nyenzo za fuwele zenye ulinganifu wa inversion. Nyenzo za piezoelectric zinaweza kutumika kuzalisha umeme wa volti ya juu, jenereta za saa, vifaa vya elektroniki, salio ndogo, nozzles za kuendesha gari, na mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi.

Nyenzo za piezoelectric ni pamoja na fuwele, kauri fulani, vitu vya kibaolojia kama mfupa na DNA, na protini. Wakati nguvu inatumiwa kwa nyenzo za piezoelectric, hutoa malipo ya umeme. Chaji hii inaweza kisha kutumika kuwasha vifaa au kuunda voltage.

Nyenzo za piezoelectric hutumiwa katika matumizi anuwai, pamoja na:
• Uzalishaji na utambuzi wa sauti
• Uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric
• Uzalishaji wa umeme wa msongo wa juu
• Jenereta za saa
• Vifaa vya kielektroniki
• Mizani ndogo
• Endesha nozzles za ultrasonic
• Mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi
• Huchukua kwa gitaa zilizokuzwa kielektroniki
• Vichochezi vya ngoma za kisasa za kielektroniki
• Uzalishaji wa cheche za kuwasha gesi
• Vifaa vya kupikia na kupasha joto
• Mwenge na vimulika vya sigara.

Historia ya piezoelectricity ni nini?

Piezoelectricity iligunduliwa mnamo 1880 na wanafizikia wa Ufaransa Jacques na Pierre Curie. Ni chaji ya umeme ambayo hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu, kama vile fuwele, keramik na suala la kibayolojia, kwa kukabiliana na mkazo wa mitambo. Neno 'piezoelectricity' linatokana na neno la Kigiriki 'piezein', likimaanisha 'kubana' au 'bonyeza', na 'elektron', linalomaanisha 'amber', chanzo cha zamani cha chaji ya umeme.

Ujuzi wa pamoja wa The Curies' juu ya pyroelectricity na uelewa wa miundo ya msingi ya fuwele ulitoa utabiri wa pyroelectricity na uwezo wa kutabiri tabia ya fuwele. Hii ilionyeshwa katika athari za fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa na chumvi ya Rochelle.

Piezoelectricity imekuwa ikitumiwa kwa matumizi mengi muhimu, ikiwa ni pamoja na utengenezaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, utengenezaji wa umeme wa voltage ya juu, jenereta za saa na vifaa vya elektroniki, mizani ndogo, nozzles za kiendeshi, uzingatiaji wa hali ya juu wa mikusanyiko ya macho, na fomu za msingi wa kuchanganua darubini ili kutatua picha kwa ukubwa wa atomi.

Piezoelectricity pia hupata matumizi ya kila siku, kama vile kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, mienge, viyetisho vya sigara, na athari ya pyroelectric, ambapo nyenzo huzalisha uwezo wa umeme kwa kukabiliana na mabadiliko ya joto.

Ukuzaji wa sonar wakati wa Vita vya Kwanza vya Kidunia uliona matumizi ya fuwele za piezoelectric zilizotengenezwa na Maabara ya Simu ya Bell. Hii iliruhusu vikosi vya anga vya Washirika kushiriki katika mashambulio makubwa yaliyoratibiwa kwa kutumia redio ya anga. Ukuzaji wa vifaa na vifaa vya piezoelectric nchini Merika uliweka kampuni katika maendeleo ya mwanzo wa vita katika uwanja wa masilahi, kupata ruhusu za faida kwa nyenzo mpya.

Japani iliona matumizi mapya na ukuaji wa tasnia ya umeme ya piezoelectric ya Merika na ikaendeleza zao haraka. Walishiriki habari haraka na kutengeneza titanati ya bariamu na baadaye kuongoza nyenzo za titanate za zirconate zenye sifa mahususi kwa programu mahususi.

Piezoelectricity imekuja kwa muda mrefu tangu ugunduzi wake katika 1880, na sasa inatumika katika matumizi mbalimbali ya kila siku. Imetumika pia kufanya maendeleo katika utafiti wa nyenzo, kama vile vielelezo vya kikoa cha saa za ultrasonic, ambavyo hutuma mpigo wa ultrasonic kupitia nyenzo kupima uakisi na kutoendelea kupata dosari ndani ya chuma cha kutupwa na vitu vya mawe, kuboresha usalama wa muundo.

Jinsi Piezoelectricity Inafanya kazi

Katika sehemu hii, nitakuwa nikichunguza jinsi piezoelectricity inavyofanya kazi. Nitakuwa nikitazama mkusanyo wa chaji ya umeme katika yabisi, mwingiliano wa kieletroniki wa mstari, na mchakato unaoweza kutenduliwa unaounda jambo hili. Nitakuwa pia nikijadili historia ya piezoelectricity na matumizi yake.

Mkusanyiko wa Chaji ya Umeme kwenye Mango

Piezoelectricity ni chaji ya umeme ambayo hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu, kama vile fuwele, keramik, na vitu vya kibiolojia kama vile mfupa na DNA. Ni jibu kwa mkazo wa mitambo unaotumika, na jina lake linatokana na maneno ya Kigiriki "piezein" (kandamiza au bonyeza) na "ēlektron" (amber).

Athari ya piezoelectric inatokana na mwingiliano wa kielektroniki wa kielektroniki kati ya hali ya mitambo na umeme katika nyenzo za fuwele zenye ulinganifu wa inversion. Ni mchakato unaoweza kutenduliwa, kumaanisha kuwa nyenzo zinazoonyesha umeme wa piezoelectricity pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambapo uzalishaji wa ndani wa matatizo ya kiufundi hutoka kwenye uwanja wa umeme unaotumiwa. Mifano ya nyenzo zinazozalisha piezoelectricity ni pamoja na fuwele za titanate za lead zirconate.

Wanafizikia wa Kifaransa Pierre na Jacques Curie waligundua umeme wa piezoelectricity mwaka wa 1880. Tangu wakati huo umetumiwa kwa matumizi mbalimbali muhimu, ikiwa ni pamoja na utengenezaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa wino wa piezoelectric, uzalishaji wa umeme wa msongo wa juu, jenereta za saa na vifaa vya elektroniki kama vile mizani midogo. na uendeshe nozzles za ultrasonic kwa umakini wa hali ya juu wa makusanyiko ya macho. Pia huunda msingi wa darubini za kuchunguza, ambazo zinaweza kutatua picha kwa ukubwa wa atomi. Piezoelectricity pia hutumika katika pickups kwa gitaa zilizokuzwa kielektroniki, na vichochezi vya ngoma za kisasa za kielektroniki.

Piezoelectricity hupata matumizi ya kila siku katika kuzalisha cheche za kuwasha gesi, katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, njiti za sigara, na athari ya pyroelectric, ambapo nyenzo huzalisha uwezo wa umeme kwa kukabiliana na mabadiliko ya joto. Hili lilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, wakichukua ujuzi kutoka kwa René Haüy na Antoine César Becquerel, ambao waliweka uhusiano kati ya mkazo wa kimitambo na chaji ya umeme. Majaribio yalithibitika kuwa hayatoshi.

Mtazamo wa kioo cha piezo katika kifidia cha Curie kwenye Jumba la Makumbusho la Hunterian huko Scotland ni onyesho la athari ya moja kwa moja ya piezoelectric. Ndugu Pierre na Jacques Curie waliunganisha ujuzi wao wa pyroelectricity na ufahamu wa miundo ya msingi ya kioo, ambayo ilitoa utabiri wa pyroelectricity. Waliweza kutabiri tabia ya fuwele na kuonyesha athari katika fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya potasiamu ya sodiamu na quartz pia ilionyesha ubora wa piezoelectricity. Diski ya piezoelectric hutoa voltage inapoharibika, na mabadiliko ya umbo hutiwa chumvi sana katika onyesho la Curies.

Waliweza kutabiri athari ya piezoelectric ya mazungumzo, na athari ya kubadilika ilitolewa kihisabati na Gabriel Lippmann mwaka wa 1881. The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha ugeuzaji kamili wa electro-elasto- deformations mitambo katika fuwele piezoelectric.

Kwa miongo kadhaa, piezoelectricity ilibakia kuwa udadisi wa maabara, lakini ilikuwa chombo muhimu katika ugunduzi wa polonium na radium na Pierre na Marie Curie. Kazi yao ya kuchunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha uwezo wa piezoelectricity ilifikia kilele kwa kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo), ambayo ilielezea madarasa ya fuwele asilia yenye uwezo wa piezoelectricity na kufafanua kwa ukali uchanganuzi wa piezoelectric kupitia midundo ya tezi. Hii ilikuwa ni matumizi ya vitendo ya vifaa vya piezoelectric, na sonar ilitengenezwa wakati wa Vita vya Kwanza vya Dunia. Huko Ufaransa, Paul Langevin na wafanyakazi wenzake walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic.

Kigunduzi kilikuwa na a transducer iliyotengenezwa kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, na haidrofoni kugundua mwangwi uliorejeshwa. Kwa kutoa sauti ya juu frequency mapigo kutoka kwa transducer na kupima muda inachukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakiruka kutoka kwa kitu, waliweza kukokotoa umbali wa kitu. Walitumia piezoelectricity kufanya sonar kufanikiwa, na mradi uliunda maendeleo makubwa na shauku katika vifaa vya piezoelectric. Kwa miongo kadhaa, vifaa vipya vya piezoelectric na matumizi mapya ya vifaa vilichunguzwa na kuendelezwa, na vifaa vya piezoelectric vilipata nyumba katika nyanja mbalimbali. Katriji za santuri za kauri zimerahisisha usanifu wa kichezaji na kutengeneza vicheza rekodi vya bei nafuu na sahihi ambavyo vilikuwa vya bei nafuu kuvitunza na kutengenezwa kwa urahisi.

Ukuzaji wa transducer za ultrasonic kuruhusiwa kwa kipimo rahisi cha mnato na elasticity ya maji na yabisi, na kusababisha maendeleo makubwa katika utafiti wa nyenzo.

Mwingiliano wa Umeme wa Linear

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani kuzalisha malipo ya umeme wakati unakabiliwa na matatizo ya mitambo. Neno hilo limetokana na maneno ya Kigiriki πιέζειν (piezein) yenye maana ya “kubana au kukandamiza” na ἤλεκτρον (ēlektron) yenye maana ya “kaharabu”, ambayo ilikuwa chanzo cha kale cha chaji ya umeme.

Piezoelectricity iligunduliwa mnamo 1880 na wanafizikia wa Ufaransa Jacques na Pierre Curie. Inategemea mwingiliano wa kieletroniki wa mstari kati ya hali ya mitambo na umeme ya vifaa vya fuwele na ulinganifu wa inversion. Athari hii inaweza kutenduliwa, kumaanisha kuwa nyenzo zinazoonyesha umeme wa piezoelectricity pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambapo uzalishaji wa ndani wa matatizo ya kiufundi hutoka kwenye uwanja wa umeme unaotumiwa. Mifano ya nyenzo zinazozalisha piezoelectricity inapoharibika kutoka kwa muundo wao tuli ni pamoja na fuwele za titanati ya zirconate. Kinyume chake, fuwele zinaweza kubadilisha mwelekeo wao tuli wakati uwanja wa nje wa umeme unatumika, unaojulikana kama athari ya piezoelectric inverse na hutumiwa katika utengenezaji wa mawimbi ya ultrasound.

Best strings for electric guitar

Piezoelectricity imetumiwa kwa matumizi anuwai muhimu, kama vile:

• Uzalishaji na utambuzi wa sauti
• Uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric
• Uzalishaji wa umeme wa msongo wa juu
• Jenereta ya saa
• Vifaa vya kielektroniki
• Mizani ndogo
• Endesha nozzles za ultrasonic
• Mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi
• Huunda msingi wa kuchanganua hadubini ili kutatua picha kwa ukubwa wa atomi
• Pickups katika gitaa zilizokuzwa kielektroniki
• Vichochezi katika ngoma za kisasa za kielektroniki
• Kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto
• Mwenge na vimulika vya sigara

Piezoelectricity pia hupata matumizi ya kila siku katika athari ya pyroelectric, ambayo ni nyenzo ambayo hutoa uwezo wa umeme kwa kukabiliana na mabadiliko ya joto. Hili lilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, wakichukua ujuzi kutoka kwa René Haüy na Antoine César Becquerel, ambao waliweka uhusiano kati ya mkazo wa kimitambo na chaji ya umeme. Hata hivyo, majaribio yalithibitika kuwa hayana uhakika.

Kutazama kioo cha piezo katika kifidia cha Curie kwenye Jumba la Makumbusho la Hunterian huko Scotland ni onyesho la athari ya moja kwa moja ya piezoelectric. Ilikuwa kazi ya akina Pierre na Jacques Curie iliyochunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha ubora wa piezoelectricity, na kuhitimishwa na kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo). Hii ilielezea madarasa ya asili ya fuwele yenye uwezo wa piezoelectricity na kufafanua kwa ukali viunga vya piezoelectric kupitia uchambuzi wa tensor, na kusababisha matumizi ya vitendo ya vifaa vya piezoelectric.

Sonar ilitengenezwa wakati wa Vita vya Kwanza vya Kidunia, wakati Paul Langevin wa Ufaransa na wafanyakazi wenzake walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic. Kigunduzi hiki kilikuwa na transducer iliyotengenezwa kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, na haidrofoni ya kugundua mwangwi unaorudishwa baada ya kutoa mapigo ya masafa ya juu kutoka kwa kibadilishaji sauti. Kwa kupima muda unaochukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakiruka juu ya kitu, waliweza kukokotoa umbali wa kitu, wakitumia piezoelectricity. Mafanikio ya mradi huu yaliunda maendeleo makubwa na maslahi katika vifaa vya piezoelectric kwa miongo kadhaa, na vifaa vipya vya piezoelectric na matumizi mapya ya nyenzo hizi yakichunguzwa na kuendelezwa. Vifaa vya piezoelectric vilipata nyumba katika nyanja nyingi, kama vile katriji za santuri za kauri, ambazo zimerahisisha usanifu wa kichezaji na kutengeneza vicheza rekodi vya bei nafuu na sahihi zaidi, na vya bei nafuu na rahisi zaidi kujenga na kutunza.

Ukuzaji wa transducer za ultrasonic kuruhusiwa kwa kipimo rahisi cha mnato na unyumbufu wa maji na yabisi, na kusababisha maendeleo makubwa katika utafiti wa nyenzo. Viakisishaji vya kikoa cha wakati wa ultrasonic hutuma mapigo ya ultrasonic kwenye nyenzo na kupima uakisi na kutoendelea ili kupata dosari ndani ya chuma cha kutupwa na vitu vya mawe, kuboresha usalama wa muundo. Kufuatia Vita vya Pili vya Ulimwengu, vikundi vya watafiti huru nchini Marekani, Urusi, na Japani viligundua aina mpya ya vifaa vya sintetiki vinavyoitwa ferroelectrics, ambavyo vilionyesha viambata vya umeme vya piezoelectric mara nyingi zaidi kuliko vifaa vya asili. Hii ilisababisha utafiti mkali wa kutengeneza titanate ya bariamu, na baadaye kuongoza titanati ya zirconate, nyenzo zenye sifa maalum kwa matumizi fulani.

Mfano muhimu wa matumizi ya fuwele za piezoelectric ulitengenezwa na Maabara ya Simu ya Bell kufuatia Vita vya Kidunia vya pili. Frederick R. Lack, akifanya kazi katika idara ya uhandisi wa simu za redio,

Mchakato Unayoweza Kubadilishwa

Piezoelectricity ni chaji ya umeme ambayo hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu, kama vile fuwele, keramik, na maada ya kibiolojia kama vile mfupa na DNA. Ni majibu ya nyenzo hizi kwa dhiki ya mitambo iliyotumika. Neno 'piezoelectricity' linatokana na maneno ya Kigiriki 'piezein' yenye maana ya 'kubana' au 'bonyeza' na 'ēlektron' yenye maana ya 'amber', chanzo cha kale cha chaji ya umeme.

Athari ya piezoelectric inatokana na mwingiliano wa kielektroniki wa kieletroniki kati ya hali ya mitambo na umeme ya nyenzo za fuwele zenye ulinganifu wa inversion. Ni mchakato unaoweza kutenduliwa, ikimaanisha kuwa nyenzo zinazoonyesha uelekezi wa piezoelectricity pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya kiufundi yanayotokana na uga wa umeme unaotumika. Mifano ya nyenzo zinazozalisha piezoelectricity ni pamoja na fuwele za titanate za lead zirconate. Wakati muundo wa tuli wa fuwele hizi umeharibika, hurudi kwenye mwelekeo wao wa awali, na kinyume chake, wakati uwanja wa nje wa umeme unatumiwa, hubadilisha mwelekeo wao wa tuli, huzalisha mawimbi ya ultrasound.

Wanafizikia wa Kifaransa Jacques na Pierre Curie waligundua piezoelectricity mwaka wa 1880. Tangu wakati huo imekuwa ikitumiwa kwa matumizi mbalimbali muhimu, ikiwa ni pamoja na uzalishaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, uzalishaji wa umeme wa juu, jenereta za saa, vifaa vya elektroniki, mizani ndogo, endesha nozzles za ultrasonic, na ultrafine zinazolenga makusanyiko ya macho. Pia huunda msingi wa kuchanganua hadubini za uchunguzi, ambazo zinaweza kutatua picha kwa kipimo cha atomi. Piezoelectricity pia hutumika katika uchukuaji wa gitaa zilizoimarishwa kielektroniki na vichochezi vya ngoma za kisasa za kielektroniki.

Piezoelectricity pia hupata matumizi ya kila siku, kama vile kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, vimushio vya sigara na zaidi. Athari ya pyroelectric, ambapo nyenzo huzalisha uwezo wa umeme katika kukabiliana na mabadiliko ya joto, ilichunguzwa na Carl Linnaeus, Franz Aepinus, na René Haüy katikati ya karne ya 18, kwa kutumia ujuzi wa amber. Antoine César Becquerel aliweka uhusiano kati ya dhiki ya kimitambo na chaji ya umeme, lakini majaribio yalithibitisha kutokamilika.

Wanaotembelea Jumba la Makumbusho la Hunterian huko Glasgow wanaweza kutazama Piezo Crystal Curie Compensator, onyesho la athari ya moja kwa moja ya piezoelectric na ndugu Pierre na Jacques Curie. Kuchanganya ujuzi wao wa pyroelectricity na uelewa wa miundo ya kioo ya msingi ilitoa utabiri wa pyroelectricity na uwezo wa kutabiri tabia ya kioo. Hii ilionyeshwa kwa athari ya fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya sodiamu na potasiamu tetrahidrati na quartz pia zilionyesha ubora wa piezoelectri, na diski ya piezoelectric ilitumiwa kutoa volteji inapoharibika. Mabadiliko haya ya umbo yalitiwa chumvi sana na Curies ili kutabiri athari ya piezoelectric. Athari ya mazungumzo ilitolewa kihisabati kutoka kwa kanuni za msingi za thermodynamic na Gabriel Lippmann mnamo 1881.

The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha ugeuzaji kamili wa deformations electro-elasto-mechanical katika fuwele za piezoelectric. Kwa miongo kadhaa, piezoelectricity ilibakia kuwa udadisi wa maabara, lakini ilikuwa chombo muhimu katika ugunduzi wa polonium na radium na Pierre na Marie Curie. Kazi yao ya kuchunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha umeme wa piezoelectricity ilifikia kilele kwa kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo). Hii ilielezea madarasa ya asili ya fuwele yenye uwezo wa piezoelectricity na ilifafanua kwa ukali viunga vya piezoelectric kwa kutumia uchambuzi wa tensor.

Utumiaji wa kivitendo wa vifaa vya piezoelectric, kama vile sonar, ulianzishwa wakati wa Vita vya Kwanza vya Ulimwengu. Huko Ufaransa, Paul Langevin na wafanyakazi wenzake walitengeneza kitambua chunguzi cha manowari. Kigunduzi hiki kilikuwa na transducer iliyotengenezwa kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, na haidrofoni ya kugundua mwangwi uliorejeshwa. Kwa kutoa mapigo ya masafa ya juu kutoka kwa transducer na kupima muda unaochukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakidunda kutoka kwa kitu, waliweza kuhesabu umbali wa kitu. Walitumia piezoelectricity kufanikisha sonar hii. Mradi huu uliunda maendeleo makubwa na shauku katika vifaa vya piezoelectric, na kwa miongo kadhaa vifaa vipya vya piezoelectric na matumizi mapya ya vifaa hivi viligunduliwa na kuendelezwa. Vifaa vya piezoelectric

Ni Nini Husababisha Piezoelectricity?

Katika sehemu hii, nitakuwa nikichunguza asili ya piezoelectricity na nyenzo mbalimbali zinazoonyesha jambo hili. Nitakuwa nikitazama neno la Kigiriki 'piezein', chanzo cha zamani cha chaji ya umeme, na athari ya pyroelectricity. Nitakuwa pia nikijadili uvumbuzi wa Pierre na Jacques Curie na ukuzaji wa vifaa vya umeme vya piezoelectric katika karne ya 20.

Neno la Kigiriki Piezein

Piezoelectricity ni mkusanyiko wa chaji ya umeme katika nyenzo fulani ngumu, kama vile fuwele, keramik, na maada ya kibiolojia kama mfupa na DNA. Inasababishwa na majibu ya nyenzo hizi kwa dhiki ya mitambo iliyotumiwa. Neno piezoelectricity linatokana na neno la Kigiriki "piezein", linamaanisha "kufinya au kushinikiza", na "ēlektron", maana yake "amber", chanzo cha kale cha chaji ya umeme.

Athari ya piezoelectric inatokana na mwingiliano wa kielektroniki wa kieletroniki kati ya hali ya mitambo na umeme ya nyenzo za fuwele zenye ulinganifu wa inversion. Ni mchakato unaoweza kutenduliwa, kumaanisha kuwa nyenzo zinazoonyesha umeme wa piezoelectricity pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya kiufundi yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Kwa mfano, fuwele za titanati ya zirconate huzalisha piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa awali. Kinyume chake, fuwele zinaweza kubadilisha mwelekeo wao tuli wakati uga wa nje wa umeme unatumika, unaojulikana kama athari ya piezoelectric inverse na ni utengenezaji wa mawimbi ya ultrasound.

Wanafizikia wa Kifaransa Jacques na Pierre Curie waligundua umeme wa piezoelectricity mwaka wa 1880. Athari ya piezoelectric imetumiwa kwa matumizi mengi muhimu, ikiwa ni pamoja na uzalishaji na utambuzi wa sauti, uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, uzalishaji wa umeme wa juu, jenereta za saa na vifaa vya elektroniki kama vile mizani midogo. , endesha nozzles za ultrasonic, na mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi. Pia huunda msingi wa darubini za kuchunguza, ambazo zinaweza kutatua picha kwa ukubwa wa atomi. Piezoelectricity pia hutumika katika uchukuaji wa gitaa zilizoimarishwa kielektroniki na vichochezi vya ngoma za kisasa za kielektroniki.

Piezoelectricity hupata matumizi ya kila siku, kama vile kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, vimushio vya sigara na zaidi. Athari ya pyroelectric, ambayo ni kizazi cha uwezo wa umeme katika kukabiliana na mabadiliko ya joto, ilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, kutokana na ujuzi wa René Haüy na Antoine César Becquerel, ambao waliweka uhusiano kati ya. mkazo wa mitambo na malipo ya umeme. Majaribio yalithibitika kutokamilika.

Katika jumba la makumbusho huko Scotland, wageni wanaweza kutazama fidia ya piezo crystal Curie, onyesho la athari ya moja kwa moja ya piezoelectric na ndugu Pierre na Jacques Curie. Kuchanganya ujuzi wao wa pyroelectricity na uelewa wa miundo ya kioo ya msingi ilitoa utabiri wa pyroelectricity na uwezo wa kutabiri tabia ya kioo. Hii ilionyeshwa na athari za fuwele kama tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya potasiamu ya sodiamu na quartz kutoka kwa chumvi ya Rochelle ilionyesha ubora wa piezoelectricity, na diski ya piezoelectric hutoa voltage inapoharibika. Mabadiliko haya ya umbo yametiwa chumvi sana katika onyesho la Curies.

The Curies iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi wa ugeuzaji kamili wa kasoro za kielektroniki-elasto-mitambo katika fuwele za piezoelectric. Kwa miongo kadhaa, umeme wa piezoelectricity ulibakia kuwa udadisi wa maabara hadi ikawa zana muhimu katika ugunduzi wa polonium na radiamu na Pierre na Marie Curie. Kazi yao ya kuchunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha umeme wa piezoelectricity ilifikia kilele kwa kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo). Hii ilielezea madarasa ya asili ya fuwele yenye uwezo wa piezoelectricity na ilifafanua kwa ukali viunga vya piezoelectric kupitia uchambuzi wa tensor.

Utumiaji huu wa vitendo wa piezoelectricity ulisababisha ukuzaji wa sonar wakati wa Vita vya Kwanza vya Ulimwengu. Huko Ufaransa, Paul Langevin na wafanyikazi wenzake walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic. Kigunduzi hicho kilikuwa na kibadilishaji sauti kilichotengenezwa kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, zinazoitwa haidrofoni, ili kugundua mwangwi unaorudishwa baada ya kutoa mapigo ya masafa ya juu. Transducer ilipima muda uliochukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakiruka juu ya kitu ili kukokotoa umbali wa kitu. Matumizi ya piezoelectricity katika sonar yalifanikiwa, na mradi uliunda maendeleo makubwa na maslahi katika vifaa vya piezoelectric kwa miongo kadhaa.

Nyenzo mpya za umeme wa piezoelectric na utumizi mpya wa nyenzo hizi ziligunduliwa na kutengenezwa, na vifaa vya piezoelectric vilipata nyumba katika nyanja nyingi, kama vile cartridges za santuri za kauri, ambazo zimerahisisha muundo wa kichezaji na kutengeneza vicheza rekodi vya bei nafuu, sahihi zaidi ambavyo vilikuwa nafuu kutunza na rahisi. kujenga. Maendeleo

Chanzo cha Kale cha Chaji ya Umeme

Piezoelectricity ni chaji ya umeme ambayo hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu, kama vile fuwele, keramik, na vitu vya kibiolojia kama vile mfupa na DNA. Inasababishwa na majibu ya nyenzo kwa dhiki ya mitambo iliyotumiwa. Neno 'piezoelectricity' linatokana na neno la Kigiriki 'piezein', ambalo linamaanisha 'kubana au kubonyeza', na neno 'elektron', ambalo linamaanisha 'amber', chanzo cha kale cha chaji ya umeme.

Athari ya piezoelectric inatokana na mwingiliano wa kielektroniki wa kieletroniki kati ya hali ya mitambo na umeme ya nyenzo za fuwele zenye ulinganifu wa inversion. Ni mchakato unaoweza kutenduliwa, kumaanisha kuwa nyenzo zinazoonyesha umeme wa piezoelectricity pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya kiufundi yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Kwa mfano, fuwele za titanati ya zirconate huzalisha piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa awali. Kinyume chake, wakati uwanja wa umeme wa nje unatumiwa, fuwele hubadilisha mwelekeo wao wa tuli katika athari ya piezoelectric inverse, huzalisha mawimbi ya ultrasound.

Athari ya piezoelectric iligunduliwa mwaka wa 1880 na wanafizikia wa Kifaransa Jacques na Pierre Curie. Inatumiwa kwa matumizi mbalimbali muhimu, ikiwa ni pamoja na utengenezaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa inkjeti ya piezoelectric, utengenezaji wa umeme wa volti ya juu, jenereta za saa na vifaa vya kielektroniki kama vile salio ndogo na vinundu vya ultrasonic kwa ajili ya kulenga zaidi kwa macho. Pia huunda msingi wa kuchanganua hadubini za uchunguzi, ambazo hutumika kutatua picha kwenye saizi ya atomi. Piezoelectricity pia hutumika katika uchukuaji wa gitaa zilizoimarishwa kielektroniki na vichochezi vya ngoma za kisasa za kielektroniki.

Piezoelectricity hupata matumizi ya kila siku katika kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, vimulimuli vya sigara na zaidi. Athari ya pyroelectric, ambayo ni uzalishaji wa uwezo wa umeme katika kukabiliana na mabadiliko ya joto, ilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, kutokana na ujuzi wa René Haüy na Antoine César Becquerel ambao waliweka uhusiano kati ya mitambo. stress na malipo ya umeme. Hata hivyo, majaribio yao yalithibitika kuwa hayana uhakika.

Mwonekano wa kioo cha piezo na kifidia cha Curie kwenye Jumba la Makumbusho la Hunterian huko Scotland unaonyesha athari ya moja kwa moja ya piezoelectric. Ilikuwa kazi ya akina Pierre na Jacques Curie iliyochunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha ubora wa piezoelectricity, na kuhitimishwa na kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo). Hii ilielezea madarasa ya asili ya fuwele yenye uwezo wa piezoelectricity na kufafanua kwa ukali viunga vya piezoelectric kupitia uchambuzi wa tensor, kuruhusu matumizi ya vitendo ya vifaa vya piezoelectric.

Sonar ilitengenezwa wakati wa Vita vya Kwanza vya Kidunia na Paul Langevin wa Ufaransa na wafanyikazi wenzake, ambao walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic. Kigunduzi hicho kilikuwa na kibadilishaji sauti kilichotengenezwa kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, na haidrofoni ya kugundua mwangwi uliorejeshwa. Kwa kutoa mapigo ya masafa ya juu kutoka kwa kibadilishaji data na kupima muda unaochukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakiruka juu ya kitu, waliweza kuhesabu umbali wa kitu. Walitumia piezoelectricity kufanikisha sonar hii. Mradi huu uliunda maendeleo makubwa na maslahi katika vifaa vya piezoelectric kwa miongo kadhaa.

Umeme wa Pyro

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani kukusanya malipo ya umeme kwa kukabiliana na matatizo ya mitambo. Ni mwingiliano wa kieletroniki wa mstari kati ya hali ya mitambo na umeme ya nyenzo za fuwele na ulinganifu wa inversion. Neno "piezoelectricity" linatokana na neno la Kigiriki "piezein", ambalo linamaanisha "kufinya au kushinikiza", na neno la Kigiriki "ēlektron", ambalo linamaanisha "amber", chanzo cha kale cha malipo ya umeme.

Athari ya piezoelectric iligunduliwa na wanafizikia wa Kifaransa Jacques na Pierre Curie mwaka wa 1880. Ni mchakato unaoweza kubadilishwa, kumaanisha kwamba nyenzo zinazoonyesha athari ya piezoelectric pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya mitambo yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Mifano ya nyenzo zinazozalisha piezoelectricity ni pamoja na fuwele za titanate za lead zirconate. Wakati muundo tuli umeharibika, inarudi kwa mwelekeo wake wa asili. Kinyume chake, wakati uwanja wa umeme wa nje unatumiwa, athari ya piezoelectric inverse huzalishwa, na kusababisha uzalishaji wa mawimbi ya ultrasound.

Athari ya piezoelectric hutumiwa kwa matumizi mengi muhimu, ikiwa ni pamoja na utengenezaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, uzalishaji wa umeme wa voltage ya juu, jenereta za saa na vifaa vya elektroniki kama vile salio ndogo, nozzles za kuendesha gari, na mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi. Pia ni msingi wa kuchanganua darubini za uchunguzi, ambazo hutumiwa kutatua picha kwa ukubwa wa atomi. Piezoelectricity pia hutumika katika pickups kwa gitaa zilizokuzwa kielektroniki, na vichochezi vya ngoma za kisasa za kielektroniki.

Piezoelectricity hupata matumizi ya kila siku, kama vile kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, vimushio vya sigara na zaidi. Athari ya pyroelectric, ambayo ni uzalishaji wa uwezo wa umeme katika kukabiliana na mabadiliko ya joto, ilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, kutokana na ujuzi wa René Haüy na Antoine César Becquerel, ambao walikuwa wameanzisha uhusiano. kati ya mkazo wa mitambo na malipo ya umeme. Hata hivyo, majaribio yalithibitika kuwa hayana uhakika.

Mtazamo wa kioo cha piezo kwenye Makumbusho ya Curie Compensator huko Scotland ni maonyesho ya athari ya moja kwa moja ya piezoelectric. Ndugu Pierre na Jacques Curie waliunganisha ujuzi wao wa pyroelectricity na uelewa wao wa miundo ya msingi ya kioo ili kutoa uelewa wa pyroelectricity na kutabiri tabia ya kioo. Hii ilionyeshwa katika athari za fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya potasiamu ya sodiamu na quartz zilipatikana kuonyesha piezoelectricity, na diski ya piezoelectric ilitumiwa kutoa volteji inapoharibika. Hii ilitiwa chumvi sana na Curies kutabiri athari ya piezoelectric ya mazungumzo. Athari ya kubadilishana ilitolewa kihisabati na kanuni za kimsingi za thermodynamic na Gabriel Lippmann mnamo 1881.

The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha ugeuzaji kamili wa deformations electro-elasto-mechanical katika fuwele za piezoelectric. Katika miongo iliyofuata, piezoelectricity ilibakia udadisi wa maabara hadi ikawa chombo muhimu katika ugunduzi wa polonium na radium na Pierre na Marie Curie. Kazi yao ya kuchunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha umeme wa piezoelectricity ilifikia kilele kwa kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo).

Ukuzaji wa sonar ulifanikiwa, na mradi uliunda maendeleo makubwa na shauku katika vifaa vya piezoelectric. Katika miongo iliyofuata, nyenzo mpya za piezoelectric na matumizi mapya ya nyenzo hizi zilichunguzwa na kuendelezwa. Vifaa vya piezoelectric vilipata nyumba katika nyanja nyingi, kama vile katriji za santuri za kauri, ambazo zimerahisisha usanifu wa kichezaji na kutengeneza vicheza rekodi vya bei nafuu na sahihi zaidi ambavyo vilikuwa na bei nafuu kuvitunza na kutengenezwa kwa urahisi. Ukuzaji wa transducer za ultrasonic kuruhusiwa kwa kipimo rahisi cha mnato na elasticity ya maji na yabisi, na kusababisha maendeleo makubwa katika utafiti wa nyenzo. Viakisishaji vya kikoa cha wakati wa ultrasonic hutuma mapigo ya ultrasonic kwenye nyenzo na kupima uakisi na kutoendelea ili kupata dosari ndani ya chuma cha kutupwa na vitu vya mawe, kuboresha usalama wa muundo.

Kufuatia Vita vya Pili vya Ulimwengu, vikundi vya watafiti huru katika Marekani, Urusi, na Japani viligundua aina mpya ya vifaa vya sintetiki vinavyoitwa ferroelectrics, ambavyo vilionyesha viambata vya umeme vya piezoelectric vilivyokuwa.

Nyenzo za Piezoelectric

Katika sehemu hii, nitakuwa nikijadili nyenzo zinazoonyesha athari ya piezoelectric, ambayo ni uwezo wa nyenzo fulani kukusanya chaji ya umeme ili kukabiliana na mkazo wa mitambo. Nitakuwa nikitazama fuwele, keramik, jambo la kibayolojia, mfupa, DNA na protini, na jinsi zote zinavyoitikia athari ya piezoelectric.

Fuwele

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani kukusanya malipo ya umeme kwa kukabiliana na matatizo ya mitambo. Neno piezoelectricity linatokana na maneno ya Kigiriki πιέζειν (piezein) yenye maana ya 'kubana' au 'bonyeza' na ἤλεκτρον (ēlektron) yenye maana ya 'amber', chanzo cha kale cha chaji ya umeme. Nyenzo za piezoelectric ni pamoja na fuwele, keramik, suala la kibiolojia, mfupa, DNA, na protini.

Piezoelectricity ni mwingiliano wa kielektroniki wa kielektroniki kati ya hali ya mitambo na umeme katika nyenzo za fuwele zenye ulinganifu wa inversion. Athari hii inaweza kutenduliwa, kumaanisha kwamba nyenzo zinazoonyesha umeme wa piezoelectricity pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya kiufundi yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Mifano ya nyenzo zinazozalisha piezoelectricity ni pamoja na fuwele za lead zirconate titanate, ambazo zinaweza kuharibika hadi ukubwa wake wa asili au kinyume chake, kubadilisha mwelekeo wao tuli wakati uga wa umeme wa nje unatumika. Hii inajulikana kama athari ya piezoelectric inverse, na hutumiwa kuzalisha mawimbi ya ultrasound.

Wanafizikia wa Ufaransa Jacques na Pierre Curie waligundua umeme wa piezoelectricity mwaka wa 1880. Athari ya piezoelectric imetumiwa kwa matumizi mbalimbali muhimu, ikiwa ni pamoja na uzalishaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, uzalishaji wa umeme wa juu, jenereta za saa, na vifaa vya elektroniki kama hivyo. kama mizani ndogo, endesha pua za ultrasonic, na mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi. Pia huunda msingi wa kuchanganua hadubini za uchunguzi, ambazo hutumika kutatua picha kwenye saizi ya atomi. Piezoelectric pickups pia hutumika katika gitaa zilizoimarishwa kielektroniki na vichochezi katika ngoma za kisasa za kielektroniki.

Piezoelectricity hupata matumizi ya kila siku katika kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, na pia katika tochi na vimulikaji vya sigara. Athari ya pyroelectric, ambayo ni kizazi cha uwezo wa umeme katika kukabiliana na mabadiliko ya joto, ilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, kutokana na ujuzi kutoka kwa René Haüy na Antoine César Becquerel, ambao waliweka uhusiano kati ya mitambo. stress na malipo ya umeme. Majaribio ya kuthibitisha nadharia hii hayakuwa kamili.

Mtazamo wa kioo cha piezo katika kifidia cha Curie kwenye Jumba la Makumbusho la Hunterian huko Scotland ni onyesho la athari ya moja kwa moja ya piezoelectric. Ndugu Pierre na Jacques Curie walichanganya ujuzi wao wa pyroelectricity na ufahamu wa miundo ya msingi ya kioo ili kutoa utabiri wa pyroelectricity. Waliweza kutabiri tabia ya fuwele na kuonyesha athari katika fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya potasiamu ya sodiamu na quartz pia ilionyesha ubora wa piezoelectricity. Diski ya piezoelectric hutoa voltage wakati imeharibika; mabadiliko ya umbo yametiwa chumvi sana katika maandamano ya Curies.

Pia waliweza kutabiri athari ya piezoelectric ya mazungumzo na kuamua kihesabu kanuni za msingi za thermodynamic nyuma yake. Gabriel Lippmann alifanya hivyo mwaka wa 1881. The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha urekebishaji kamili wa deformations electro-elasto-mechanical katika fuwele za piezoelectric.

Utumiaji wa kivitendo wa vifaa vya piezoelectric katika sonar ulianzishwa wakati wa Vita vya Kwanza vya Ulimwengu. Huko Ufaransa, Paul Langevin na wafanyikazi wenzake walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic. Kigunduzi hiki kilijumuisha kibadilishaji sauti kilichotengenezwa kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, zinazoitwa haidrofoni, ili kugundua mwangwi unaorudishwa baada ya kutoa mapigo ya masafa ya juu. Kwa kupima muda unaochukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakiruka juu ya kitu, waliweza kuhesabu umbali wa kitu hicho. Matumizi haya ya piezoelectricity katika sonar yalifanikiwa, na mradi uliunda maendeleo makubwa na shauku katika vifaa vya piezoelectric kwa miongo kadhaa.

Ceramics

Nyenzo za piezoelectric ni yabisi ambayo hujilimbikiza malipo ya umeme kwa kukabiliana na mkazo wa mitambo. Piezoelectricity inatokana na maneno ya Kigiriki πιέζειν (piezein) yenye maana ya 'kubana' au 'bonyeza' na ἤλεκτρον (ēlektron) ikimaanisha 'kaharabu', chanzo cha zamani cha chaji ya umeme. Nyenzo za piezoelectric hutumiwa katika matumizi mbalimbali, ikiwa ni pamoja na uzalishaji na kutambua sauti, uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, na uzalishaji wa umeme wa juu.

Nyenzo za piezoelectric hupatikana katika fuwele, keramik, suala la kibiolojia, mfupa, DNA, na protini. Keramik ni nyenzo za kawaida za piezoelectric zinazotumiwa katika matumizi ya kila siku. Keramik hutengenezwa kutokana na mchanganyiko wa oksidi za chuma, kama vile titanate ya zirconate ya risasi (PZT), ambayo hupashwa joto hadi joto la juu ili kuunda kigumu. Keramik ni ya kudumu sana na inaweza kuhimili joto kali na shinikizo.

Keramik ya piezoelectric ina matumizi mbalimbali, ikiwa ni pamoja na:

• Kuzalisha cheche za kuwasha gesi kwa ajili ya vifaa vya kupikia na kupasha joto, kama vile tochi na vimulika vya sigara.
• Kuzalisha mawimbi ya ultrasound kwa taswira ya kimatibabu.
• Kuzalisha umeme wa voltage ya juu kwa jenereta za saa na vifaa vya kielektroniki.
• Kuzalisha mizani ndogo kwa ajili ya matumizi katika kupima kwa usahihi.
• Kuendesha nozzles za ultrasonic kwa ajili ya kuzingatia ultrafine ya makusanyiko ya macho.
• Kuunda msingi wa kuchanganua hadubini za uchunguzi, ambazo zinaweza kutatua picha kwenye saizi ya atomi.
• Pickups za gitaa zilizoimarishwa kielektroniki na vichochezi vya ngoma za kisasa za kielektroniki.

Keramik ya piezoelectric hutumiwa katika anuwai ya matumizi, kutoka kwa vifaa vya elektroniki vya watumiaji hadi picha za matibabu. Zinadumu sana na zinaweza kuhimili halijoto kali na shinikizo, na kuzifanya kuwa bora kwa matumizi katika tasnia anuwai.

Jambo la Kibiolojia

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani kukusanya malipo ya umeme kwa kukabiliana na matatizo ya mitambo. Limechukuliwa kutoka kwa neno la Kigiriki 'piezein', linalomaanisha 'kubana au kubonyeza', na 'ēlektron', maana yake 'amber', chanzo cha kale cha chaji ya umeme.

Vitu vya kibaolojia kama vile mfupa, DNA, na protini ni kati ya nyenzo zinazoonyesha uwezo wa piezoelectricity. Athari hii inaweza kutenduliwa, kumaanisha kuwa nyenzo zinazoonyesha umeme wa piezoelectricity pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya kiufundi yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Mifano ya nyenzo hizi ni pamoja na fuwele za risasi za zirconate titanate, ambazo hutoa piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa asili. Kinyume chake, wakati uwanja wa nje wa umeme unatumiwa, fuwele hubadilisha mwelekeo wao wa tuli, huzalisha mawimbi ya ultrasound kupitia athari ya piezoelectric inverse.

Ugunduzi wa piezoelectricity ulifanywa na wanafizikia wa Kifaransa Jacques na Pierre Curie mwaka wa 1880. Tangu wakati huo umetumiwa kwa matumizi mbalimbali muhimu, kama vile:

• Uzalishaji na utambuzi wa sauti
• Uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric
• Uzalishaji wa umeme wa msongo wa juu
• Jenereta ya saa
• Vifaa vya kielektroniki
• Mizani ndogo
• Endesha nozzles za ultrasonic
• Mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi
• Huunda msingi wa darubini za kuchunguza
• Tatua picha kwa ukubwa wa atomi
• Pickups katika gitaa zilizokuzwa kielektroniki
• Vichochezi katika ngoma za kisasa za kielektroniki

Piezoelectricity pia hutumika katika bidhaa za kila siku kama vile vifaa vya kupikia na kupasha joto kwa gesi, tochi, vimuisho vya sigara, na zaidi. Athari ya pyroelectric, ambayo ni uzalishaji wa uwezo wa umeme kwa kukabiliana na mabadiliko ya joto, ilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18. Kwa kutumia ujuzi wa René Haüy na Antoine César Becquerel, waliweka uhusiano kati ya mkazo wa kimitambo na chaji ya umeme, lakini majaribio yao yalitoweka.

Mtazamo wa kioo cha piezo katika Mlipaji wa Curie kwenye Jumba la Makumbusho la Hunterian huko Scotland ni onyesho la athari ya moja kwa moja ya piezoelectric. Ndugu Pierre na Jacques Curie walichanganya ujuzi wao wa pyroelectricity na uelewa wao wa miundo ya msingi ya kioo ili kutoa utabiri wa pyroelectricity na kutabiri tabia ya kioo. Hii ilionyeshwa na athari za fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya sodiamu na potasiamu tetrahidrati na quartz pia zilionyesha ubora wa piezoelectri, na diski ya piezoelectric ilitumiwa kutoa volteji inapoharibika. Athari hii ilitiwa chumvi sana na Curies kutabiri athari ya piezoelectric. Athari ya mazungumzo ilitolewa kihisabati kutoka kwa kanuni za msingi za thermodynamic na Gabriel Lippmann mnamo 1881.

The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha ugeuzaji kamili wa deformations electro-elasto-mechanical katika fuwele za piezoelectric. Kwa miongo kadhaa, umeme wa piezoelectricity ulibakia kuwa udadisi wa maabara hadi ikawa zana muhimu katika ugunduzi wa polonium na radiamu na Pierre na Marie Curie. Kazi yao ya kuchunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha umeme wa piezoelectricity ilifikia kilele kwa kuchapishwa kwa 'Lehrbuch der Kristallphysik' ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo).

mfupa

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani kukusanya malipo ya umeme kwa kukabiliana na matatizo ya mitambo. Mfupa ni nyenzo moja kama hiyo ambayo inaonyesha jambo hili.

Mfupa ni aina ya jambo la kibiolojia ambalo linajumuisha protini na madini, ikiwa ni pamoja na collagen, kalsiamu, na fosforasi. Ni piezoelectric zaidi ya vifaa vyote vya kibiolojia, na ina uwezo wa kuzalisha voltage wakati inakabiliwa na matatizo ya mitambo.

Athari ya piezoelectric katika mfupa ni matokeo ya muundo wake wa kipekee. Inaundwa na mtandao wa nyuzi za collagen ambazo zimewekwa kwenye tumbo la madini. Wakati mfupa unakabiliwa na mkazo wa mitambo, nyuzi za collagen husonga, na kusababisha madini kuwa polarized na kutoa malipo ya umeme.

Athari ya piezoelectric katika mfupa ina idadi ya maombi ya vitendo. Inatumika katika upigaji picha wa kimatibabu, kama vile uchunguzi wa ultrasound na upigaji picha wa X-ray, ili kugundua kuvunjika kwa mfupa na matatizo mengine. Pia hutumiwa katika misaada ya kusikia ya uendeshaji wa mfupa, ambayo hutumia athari ya piezoelectric kubadili mawimbi ya sauti katika ishara za umeme zinazotumwa moja kwa moja kwenye sikio la ndani.

Athari ya piezoelectric katika mfupa pia hutumiwa katika vipandikizi vya mifupa, kama vile viungo vya bandia na miguu bandia. Vipandikizi hutumia athari ya piezoelectric kubadilisha nishati ya mitambo kuwa nishati ya umeme, ambayo hutumiwa kuwasha kifaa.

Kwa kuongeza, athari ya piezoelectric katika mfupa inachunguzwa kwa matumizi katika maendeleo ya matibabu mapya. Kwa mfano, watafiti wanachunguza matumizi ya piezoelectricity ili kuchochea ukuaji wa mfupa na kurekebisha tishu zilizoharibiwa.

Kwa ujumla, athari ya piezoelectric katika mfupa ni jambo la kuvutia na matumizi mbalimbali ya vitendo. Inatumika katika matumizi mbalimbali ya matibabu na kiteknolojia, na inachunguzwa kwa matumizi katika ukuzaji wa matibabu mapya.

DNA

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani kukusanya malipo ya umeme kwa kukabiliana na matatizo ya mitambo. DNA ni nyenzo moja kama hiyo inayoonyesha athari hii. DNA ni molekuli ya kibayolojia inayopatikana katika viumbe vyote hai na ina besi nne za nyukleotidi: adenine (A), guanini (G), cytosine (C), na thymine (T).

DNA ni molekuli changamano inayoweza kutumiwa kutokeza chaji ya umeme inapokabiliwa na mkazo wa kimitambo. Hii ni kutokana na ukweli kwamba molekuli za DNA zinajumuisha nyuzi mbili za nyukleotidi ambazo zimeunganishwa na vifungo vya hidrojeni. Wakati vifungo hivi vinavunjwa, malipo ya umeme yanazalishwa.

Athari ya piezoelectric ya DNA imetumika katika matumizi mbalimbali, ikiwa ni pamoja na:

• Kuzalisha umeme kwa ajili ya vipandikizi vya matibabu
• Kugundua na kupima nguvu za mitambo katika seli
• Kutengeneza vitambuzi vya nanoscale
• Kuunda vianzo kibiolojia kwa mpangilio wa DNA
• Kuzalisha mawimbi ya ultrasound kwa ajili ya kupiga picha

Athari ya piezoelectric ya DNA pia inachunguzwa kwa matumizi yake yanayoweza kutumika katika uundaji wa nyenzo mpya, kama vile nanowires na nanotubes. Nyenzo hizi zinaweza kutumika kwa matumizi anuwai, pamoja na uhifadhi wa nishati na vihisi.

Athari ya piezoelectric ya DNA imechunguzwa kwa kina na imeonekana kuwa nyeti sana kwa matatizo ya mitambo. Hii inafanya kuwa zana muhimu kwa watafiti na wahandisi ambao wanatafuta kukuza nyenzo na teknolojia mpya.

Kwa kumalizia, DNA ni nyenzo inayoonyesha athari ya piezoelectric, ambayo ni uwezo wa kukusanya malipo ya umeme kwa kukabiliana na matatizo ya mitambo. Athari hii imetumika katika matumizi mbalimbali, ikiwa ni pamoja na vipandikizi vya matibabu, vitambuzi vya nanoscale, na mpangilio wa DNA. Pia inachunguzwa kwa matumizi yake inayoweza kutumika katika uundaji wa nyenzo mpya, kama vile nanowires na nanotubes.

Protini

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani kukusanya malipo ya umeme kwa kukabiliana na matatizo ya mitambo. Nyenzo za piezoelectric, kama vile protini, fuwele, keramik, na vitu vya kibiolojia kama vile mfupa na DNA, huonyesha athari hii. Protini, haswa, ni nyenzo ya kipekee ya piezoelectric, kwani imeundwa na muundo tata wa asidi ya amino ambayo inaweza kuharibika ili kutoa chaji ya umeme.

Protini ni aina nyingi zaidi za nyenzo za piezoelectric, na zinapatikana katika aina mbalimbali. Wanaweza kupatikana katika mfumo wa vimeng'enya, homoni, na kingamwili, na vile vile katika mfumo wa protini za muundo kama collagen na keratini. Protini pia hupatikana katika mfumo wa protini za misuli, ambazo zinawajibika kwa contraction ya misuli na kupumzika.

Athari ya piezoelectric ya protini ni kutokana na ukweli kwamba wao hujumuishwa na muundo tata wa amino asidi. Asidi hizi za amino zinapoharibika, hutoa chaji ya umeme. Chaji hii ya umeme basi inaweza kutumika kuwasha vifaa mbalimbali, kama vile vitambuzi na viamilisho.

Protini pia hutumiwa katika aina mbalimbali za maombi ya matibabu. Kwa mfano, hutumiwa kuchunguza uwepo wa protini fulani katika mwili, ambayo inaweza kutumika kutambua magonjwa. Pia hutumiwa kuchunguza uwepo wa bakteria fulani na virusi, ambazo zinaweza kutumika kutambua maambukizi.

Protini pia hutumiwa katika matumizi mbalimbali ya viwanda. Kwa mfano, hutumiwa kuunda sensorer na actuators kwa michakato mbalimbali ya viwanda. Pia hutumiwa kuunda vifaa vinavyoweza kutumika katika ujenzi wa ndege na magari mengine.

Kwa kumalizia, protini ni nyenzo ya kipekee ya piezoelectric ambayo inaweza kutumika katika matumizi mbalimbali. Zinaundwa na muundo changamano wa asidi ya amino ambayo inaweza kuharibika ili kuzalisha chaji ya umeme, na hutumiwa katika matumizi mbalimbali ya matibabu na viwanda.

Uvunaji wa Nishati na Piezoelectricity

Katika sehemu hii, nitakuwa nikijadili jinsi piezoelectricity inaweza kutumika kuvuna nishati. Nitakuwa nikitazama matumizi mbalimbali ya piezoelectricity, kutoka kwa uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric hadi jenereta za saa na mizani ndogo. Nitakuwa pia nikichunguza historia ya umeme wa piezoelectricity, kuanzia ugunduzi wake na Pierre Curie hadi utumizi wake katika Vita vya Pili vya Dunia. Hatimaye, nitakuwa nikijadili hali ya sasa ya sekta ya piezoelectric na uwezekano wa ukuaji zaidi.

Uchapishaji wa Inkjet ya Piezoelectric

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani kutoa malipo ya umeme kwa kukabiliana na mkazo wa mitambo. Neno 'piezoelectricity' linatokana na maneno ya Kigiriki 'piezein' (kufinya au kubonyeza) na 'elektron' (amber), chanzo cha kale cha chaji ya umeme. Nyenzo za piezoelectric, kama vile fuwele, keramik, na jambo la kibayolojia kama mfupa na DNA, hutumiwa katika matumizi mbalimbali.

Piezoelectricity hutumiwa kuzalisha umeme wa voltage ya juu, kama jenereta ya saa, katika vifaa vya elektroniki, na katika mizani ndogo. Pia hutumiwa kuendesha nozzles za ultrasonic na ultrafine zinazozingatia makusanyiko ya macho. Uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric ni matumizi maarufu ya teknolojia hii. Huu ni aina ya uchapishaji unaotumia fuwele za piezoelectric kutoa mtetemo wa masafa ya juu, ambao hutumiwa kutoa matone ya wino kwenye ukurasa.

Ugunduzi wa piezoelectricity ulianza 1880, wakati wanafizikia wa Kifaransa Jacques na Pierre Curie waligundua athari. Tangu wakati huo, athari ya piezoelectric imetumiwa kwa aina mbalimbali za maombi muhimu. Piezoelectricity hutumika katika bidhaa za kila siku kama vile vifaa vya kupikia na kupasha joto kwa gesi, tochi, vimushio vya sigara, na pickups katika gitaa zilizokuzwa kielektroniki na vichochezi katika ngoma za kisasa za kielektroniki.

Piezoelectricity pia hutumiwa katika utafiti wa kisayansi. Ndio msingi wa kuchanganua hadubini za uchunguzi, ambazo hutumiwa kutatua picha kwenye mizani ya atomi. Pia hutumika katika vielelezo vya kikoa cha saa za ultrasonic, ambavyo hutuma mipigo ya ultrasonic kwenye nyenzo na kupima uakisi ili kugundua kutoendelea na kupata dosari ndani ya chuma cha kutupwa na vitu vya mawe.

Maendeleo ya vifaa na vifaa vya piezoelectric yametokana na hitaji la utendaji bora na michakato rahisi ya utengenezaji. Nchini Marekani, maendeleo ya fuwele za quartz kwa matumizi ya kibiashara imekuwa sababu kuu katika ukuaji wa sekta ya piezoelectric. Kinyume chake, watengenezaji wa Kijapani wameweza kushiriki habari haraka na kukuza programu mpya, na kusababisha ukuaji wa haraka katika soko la Japani.

Piezoelectricity imebadilisha jinsi tunavyotumia nishati, kutoka kwa bidhaa za kila siku kama vile njiti hadi utafiti wa kina wa kisayansi. Ni teknolojia yenye matumizi mengi ambayo imetuwezesha kuchunguza na kuendeleza nyenzo na matumizi mapya, na itaendelea kuwa sehemu muhimu ya maisha yetu kwa miaka ijayo.

Uzalishaji wa Umeme wa Nguvu ya Juu

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani ngumu kukusanya malipo ya umeme kwa kukabiliana na mkazo wa mitambo. Neno 'piezoelectricity' linatokana na maneno ya Kigiriki 'piezein' yenye maana ya 'minya' au 'bonyeza' na 'ēlektron' yenye maana ya 'amber', chanzo cha kale cha chaji ya umeme. Piezoelectricity ni mwingiliano wa kielektroniki wa kielektroniki kati ya hali ya mitambo na umeme katika nyenzo za fuwele zenye ulinganifu wa inversion.

Athari ya piezoelectric ni mchakato wa kugeuka; vifaa vinavyoonyesha piezoelectricity pia vinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, kizazi cha ndani cha shida ya mitambo inayotokana na uwanja wa umeme unaotumika. Kwa mfano, fuwele za titanati ya zirconate huzalisha piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa awali. Kinyume chake, fuwele zinaweza kubadilisha mwelekeo wao wa tuli wakati uwanja wa nje wa umeme unatumiwa, jambo linalojulikana kama athari ya piezoelectric inverse, ambayo hutumiwa katika uzalishaji wa mawimbi ya ultrasound.

Athari ya piezoelectric hutumiwa katika matumizi mbalimbali, ikiwa ni pamoja na uzalishaji wa umeme wa juu. Nyenzo za piezoelectric hutumiwa katika uzalishaji na ugunduzi wa sauti, katika uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, katika jenereta za saa, katika vifaa vya elektroniki, katika mizani ndogo, katika nozzles za ultrasonic za gari, na katika makusanyiko ya macho ya ultrafine.

Piezoelectricity pia hutumika katika matumizi ya kila siku, kama vile kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, katika mienge, njiti za sigara, na vifaa vya athari ya pyroelectric, ambayo hutoa uwezo wa umeme kukabiliana na mabadiliko ya joto. Athari hii ilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, kutokana na ujuzi kutoka kwa René Haüy na Antoine César Becquerel, ambao waliweka uhusiano kati ya mkazo wa kimitambo na chaji ya umeme, ingawa majaribio yao yalitoweka.

Ujuzi wa pamoja wa pyroelectricity na uelewa wa miundo ya kioo ya msingi ilitoa utabiri wa pyroelectricity na uwezo wa kutabiri tabia ya kioo. Hii ilionyeshwa na athari za fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya potasiamu ya sodiamu na quartz pia ilionyesha ubora wa piezoelectri, na diski ya piezoelectric ilitumiwa kutoa volteji ilipoharibika. Hii ilitiwa chumvi sana katika onyesho la Curies la athari ya moja kwa moja ya piezoelectric.

Ndugu Pierre na Jacques Curie waliendelea kupata uthibitisho wa kiasi wa ugeuzaji kamili wa uharibifu wa electro-elasto-mitambo katika fuwele za piezoelectric. Kwa miongo kadhaa, piezoelectricity ilibakia kuwa udadisi wa maabara, lakini ilikuwa chombo muhimu katika ugunduzi wa polonium na radium na Pierre na Marie Curie. Kazi yao ya kuchunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha uwezo wa piezoelectricity ilifikia kilele kwa kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo), ambayo ilielezea madarasa ya asili ya fuwele yenye uwezo wa piezoelectricity na kufafanua kwa ukali uchanganuzi wa piezoelectric constants.

Utumiaji wa vitendo wa vifaa vya piezoelectric ulianza na ukuzaji wa sonar wakati wa Vita vya Kwanza vya Kidunia. Huko Ufaransa, Paul Langevin na wafanyikazi wenzake walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic. Kigunduzi kilikuwa na kibadilishaji sauti kilichotengenezwa kutoka kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, na haidrofoni kutambua mwangwi uliorejeshwa. Kwa kutoa mapigo ya masafa ya juu kutoka kwa transducer na kupima muda unaochukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakidunda kutoka kwa kitu, waliweza kuhesabu umbali wa kitu. Walitumia piezoelectricity kufanya sonar kufaulu, na mradi uliunda maendeleo makubwa na shauku katika vifaa vya piezoelectric katika miongo iliyofuata.

Nyenzo mpya za piezoelectric na matumizi mapya ya nyenzo hizi zilichunguzwa na kuendelezwa. Vifaa vya piezoelectric vilipata nyumba katika nyanja mbalimbali, kama vile katriji za santuri za kauri, ambazo zimerahisisha usanifu wa kichezaji na kutengeneza vicheza rekodi vya bei nafuu na sahihi zaidi ambavyo vilikuwa na bei nafuu kuvitunza na kutengenezwa kwa urahisi. Ukuzaji wa transducer za ultrasonic kuruhusiwa kwa kipimo rahisi cha mnato na elasticity ya maji na yabisi, na kusababisha maendeleo makubwa katika utafiti wa nyenzo. Viakisishaji vya kikoa cha wakati wa ultrasonic hutuma mapigo ya ultrasonic kwenye nyenzo na kupima uakisi na kutoendelea ili kupata dosari ndani ya chuma cha kutupwa na vitu vya mawe, kuboresha usalama wa muundo.

Vita vya Pili vya Ulimwengu vilishuhudia vikundi huru vya watafiti nchini Marekani, Urusi, na Japan wakigundua aina mpya ya vifaa vya sintetiki vinavyoitwa fer.

Jenereta ya Saa

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani kukusanya malipo ya umeme kwa kukabiliana na matatizo ya mitambo. Jambo hili limetumika kuunda idadi ya maombi muhimu, ikiwa ni pamoja na jenereta za saa. Jenereta za saa ni vifaa vinavyotumia piezoelectricity kuzalisha ishara za umeme kwa muda sahihi.

Jenereta za saa hutumiwa katika matumizi mbalimbali, kama vile kompyuta, mawasiliano ya simu, na mifumo ya magari. Pia hutumika katika vifaa vya matibabu, kama vile visaidia moyo, ili kuhakikisha muda sahihi wa mawimbi ya umeme. Jenereta za saa pia hutumiwa katika mitambo ya viwandani na robotiki, ambapo muda sahihi ni muhimu.

Athari ya piezoelectric inategemea mwingiliano wa kieletroniki wa mstari kati ya hali ya mitambo na umeme katika nyenzo za fuwele na ulinganifu wa inversion. Athari hii inaweza kutenduliwa, kumaanisha kuwa nyenzo zinazoonyesha ubora wa piezoelectricity pia zinaweza kutoa matatizo ya kiufundi wakati uga wa umeme unapowekwa. Hii inajulikana kama athari ya piezoelectric inverse na hutumiwa kutengeneza mawimbi ya ultrasound.

Jenereta za saa hutumia athari hii ya piezoelectric inverse ili kutoa ishara za umeme kwa muda sahihi. Nyenzo za piezoelectric zimeharibika na uwanja wa umeme, ambayo husababisha kutetemeka kwa mzunguko maalum. Kisha mtetemo huu hubadilishwa kuwa ishara ya umeme, ambayo hutumiwa kutoa ishara sahihi ya wakati.

Jenereta za saa hutumiwa katika matumizi mbalimbali, kutoka kwa vifaa vya matibabu hadi automatisering ya viwanda. Ni za kuaminika, sahihi, na rahisi kutumia, na kuzifanya kuwa chaguo maarufu kwa programu nyingi. Piezoelectricity ni sehemu muhimu ya teknolojia ya kisasa, na jenereta za saa ni moja tu ya matumizi mengi ya jambo hili.

Vyombo vya Elektroniki

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani ngumu kukusanya malipo ya umeme kwa kukabiliana na mkazo wa mitambo. Hali hii, inayojulikana kama athari ya piezoelectric, hutumiwa katika aina mbalimbali za vifaa vya kielektroniki, kutoka kwa pickups katika gitaa zilizokuzwa kielektroniki hadi vichochezi katika ngoma za kisasa za kielektroniki.

Piezoelectricity inatokana na maneno ya Kigiriki πιέζειν (piezein) yenye maana ya "kubana" au "bonyeza" na ἤλεκτρον (ēlektron) ikimaanisha "amber", chanzo cha zamani cha chaji ya umeme. Nyenzo za piezoelectric ni fuwele, kauri, na vitu vya kibaolojia kama vile protini za mifupa na DNA, ambazo zinaonyesha athari ya piezoelectric.

Athari ya piezoelectric ni mwingiliano wa kieletroniki wa mstari kati ya hali ya mitambo na umeme katika nyenzo za fuwele na ulinganifu wa inversion. Ni mchakato unaoweza kutenduliwa, kumaanisha kwamba nyenzo zinazoonyesha athari ya piezoelectric pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya kiufundi yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Kwa mfano, fuwele za titanati ya zirconate huzalisha piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa awali. Kinyume chake, fuwele zinaweza kubadilisha mwelekeo wao wa tuli wakati uwanja wa nje wa umeme unatumiwa, jambo linalojulikana kama athari ya piezoelectric inverse, ambayo hutumiwa katika uzalishaji wa mawimbi ya ultrasound.

Ugunduzi wa piezoelectricity ni sifa kwa wanafizikia wa Kifaransa Pierre na Jacques Curie, ambao walionyesha athari ya moja kwa moja ya piezoelectric mwaka wa 1880. Ujuzi wao wa pamoja wa pyroelectricity na uelewa wa miundo ya kioo ya msingi ilitoa utabiri wa athari ya pyroelectric, na uwezo wa kutabiri. tabia ya fuwele ilionyeshwa kwa athari ya fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle.

Umeme wa piezoelectricity umetumika katika matumizi mbalimbali ya kila siku, kama vile kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, njiti za sigara, na nyenzo za athari za pyroelectric ambazo hutoa uwezo wa umeme kukabiliana na mabadiliko ya joto. Hili lilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, wakichukua ujuzi kutoka kwa René Haüy na Antoine César Becquerel, ambao waliweka uhusiano kati ya mkazo wa kimitambo na chaji ya umeme. Majaribio hayakukamilika, hata hivyo, hadi mtazamo wa kioo cha piezo kwenye jumba la makumbusho la Curie huko Scotland ulipoonyesha athari ya moja kwa moja ya piezoelectric na ndugu wa Curie.

Piezoelectricity hutumiwa katika aina mbalimbali za vifaa vya kielektroniki, kutoka kwa pickups katika gitaa zilizokuzwa kielektroniki hadi vichochezi katika ngoma za kisasa za kielektroniki. Pia hutumika katika utengenezaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, uzalishaji wa umeme wa voltage ya juu, jenereta za saa, salio ndogo, nozzles za kiendeshi, na makusanyiko ya macho ya ultrafine. Piezoelectricity pia ni msingi wa darubini ya kuchunguza, ambayo hutumiwa kutatua picha kwa ukubwa wa atomi.

Mizani ndogo

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani ngumu kukusanya malipo ya umeme kwa kukabiliana na mkazo wa mitambo. Piezoelectricity inatokana na maneno ya Kigiriki πιέζειν (piezein), yenye maana ya "kubana" au "bonyeza", na ἤλεκτρον (ēlektron), ikimaanisha "amber", chanzo cha zamani cha chaji ya umeme.

Piezoelectricity hutumiwa katika matumizi mbalimbali ya kila siku, kama vile kuzalisha cheche za kuwasha gesi kwa ajili ya vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, vimulimuli vya sigara, na zaidi. Pia hutumiwa katika uzalishaji na kutambua sauti, na katika uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric.

Piezoelectricity pia hutumika kuzalisha umeme wa voltage ya juu, na ni msingi wa jenereta za saa na vifaa vya kielektroniki kama vile mizani ndogo. Piezoelectricity pia hutumiwa kuendesha nozzles za ultrasonic na ultrafine zinazolenga makusanyiko ya macho.

Ugunduzi wa piezoelectricity unajulikana kwa wanafizikia wa Kifaransa Jacques na Pierre Curie mwaka wa 1880. Ndugu wa Curie walichanganya ujuzi wao wa pyroelectricity na uelewa wao wa miundo ya msingi ya kioo ili kutoa dhana ya piezoelectricity. Waliweza kutabiri tabia ya fuwele na kuonyesha athari katika fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle.

Athari ya piezoelectric ilitumiwa kwa matumizi muhimu, ikiwa ni pamoja na uzalishaji na kutambua sauti. Ukuzaji wa sonar wakati wa Vita vya Kwanza vya Kidunia ulikuwa mafanikio makubwa katika utumiaji wa umeme wa piezoelectricity. Kufuatia Vita vya Pili vya Ulimwengu, vikundi vya watafiti huru nchini Marekani, Urusi, na Japani viligundua aina mpya ya vifaa vya sintetiki vinavyoitwa ferroelectrics, ambavyo vilionyesha viambato vya umeme vya piezoelectric hadi mara kumi zaidi ya vifaa vya asili.

Hii ilisababisha utafiti mkali na ukuzaji wa titanati ya bariamu na baadaye nyenzo ya titanate ya risasi ya zirconate, ambayo ilikuwa na sifa maalum kwa matumizi fulani. Mfano muhimu wa matumizi ya fuwele za piezoelectric ulitengenezwa katika Maabara ya Simu ya Bell kufuatia Vita vya Kidunia vya pili.

Frederick R. Lack, akifanya kazi katika idara ya uhandisi wa simu za redio, alitengeneza kioo kilichokatwa ambacho kilifanya kazi kwa viwango vingi vya joto. Ukosefu wa kioo haukuhitaji vifaa vizito vya fuwele zilizopita, kuwezesha matumizi yake katika ndege. Maendeleo haya yaliruhusu vikosi vya anga vya Washirika kushiriki katika mashambulio mengi yaliyoratibiwa kwa kutumia redio ya anga.

Uendelezaji wa vifaa vya piezoelectric na vifaa nchini Marekani viliweka makampuni kadhaa katika biashara, na maendeleo ya fuwele za quartz zilitumiwa kibiashara. Nyenzo za piezoelectric zimetumika tangu wakati huo katika matumizi anuwai, pamoja na upigaji picha wa matibabu, kusafisha ultrasonic, na zaidi.

Endesha Nozzle ya Ultrasonic

Piezoelectricity ni chaji ya umeme ambayo hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu kama vile fuwele, keramik, na vitu vya kibiolojia kama vile mfupa na DNA. Ni jibu la mkazo wa kimakanika na limechukuliwa kutoka kwa maneno ya Kigiriki 'piezein', yenye maana ya 'kubana' au 'bonyeza', na 'elektron', ikimaanisha 'amber', chanzo cha kale cha chaji ya umeme.

Athari ya piezoelectric ni mwingiliano wa umeme wa mstari kati ya hali ya mitambo na umeme ya vifaa vya fuwele na ulinganifu wa inversion. Ni mchakato unaoweza kutenduliwa, kumaanisha kwamba nyenzo zinazoonyesha athari ya piezoelectric pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya kiufundi yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Mfano wa hii ni fuwele za titanate za zirconate, ambazo hutoa piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa asili. Kinyume chake, wakati uwanja wa umeme wa nje unatumiwa, fuwele hubadilisha mwelekeo wao wa tuli, na kusababisha athari ya piezoelectric inverse, ambayo ni uzalishaji wa mawimbi ya ultrasound.

Wanafizikia wa Kifaransa Jacques na Pierre Curie waligundua umeme wa piezoelectricity mwaka wa 1880 na tangu wakati huo umetumiwa kwa matumizi mbalimbali muhimu, ikiwa ni pamoja na utayarishaji na utambuzi wa sauti. Piezoelectricity pia hupata matumizi ya kila siku, kama vile kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, vimushio vya sigara na zaidi.

Athari ya pyroelectric, ambayo ni nyenzo inayozalisha uwezo wa umeme katika kukabiliana na mabadiliko ya joto, ilichunguzwa na Carl Linnaeus, Franz Aepinus, na katikati ya karne ya 18 kuchora ujuzi kutoka kwa René Haüy na Antoine César Becquerel ambao waliweka uhusiano kati ya matatizo ya mitambo na malipo ya umeme. Majaribio ya kuthibitisha hili hayakuwa kamili.

Mtazamo wa kioo cha piezo katika Mlipaji wa Curie kwenye Jumba la Makumbusho la Hunterian huko Scotland ni onyesho la athari ya moja kwa moja ya piezoelectric na ndugu Pierre na Jacques Curie. Kuchanganya ujuzi wao wa pyroelectricity na kuelewa miundo ya kioo ya msingi ilitoa utabiri wa pyroelectricity na kuwaruhusu kutabiri tabia ya kioo. Hii ilionyeshwa kwa athari ya fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya sodiamu na potasiamu tetrahidrati na quartz pia zilionyesha ubora wa piezoelectri, na diski ya piezoelectric ilitumiwa kutoa volteji inapoharibika. Hii ilitiwa chumvi sana na Curies kutabiri athari ya piezoelectric, ambayo ilitolewa kihisabati kutoka kwa kanuni za msingi za thermodynamic na Gabriel Lippmann mnamo 1881.

The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha ugeuzaji kamili wa deformations electro-elasto-mechanical katika fuwele za piezoelectric. Kwa miongo kadhaa, umeme wa piezoelectricity ulibakia kuwa udadisi wa kimaabara, lakini ulikuwa chombo muhimu katika ugunduzi wa polonium na radiamu na Pierre na Marie Curie katika kazi yao ya kuchunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha ubora wa piezoelectricity. Hili liliishia kwa kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik (Kitabu cha Fizikia cha Woldemar Voigt), ambacho kilielezea madarasa ya asili ya fuwele yenye uwezo wa piezoelectricity na kufafanua kwa uthabiti viunga vya piezoelectric kupitia uchanganuzi wa tensor.

Utumiaji wa kivitendo wa vifaa vya piezoelectric ulianza na sonar, ambayo ilitengenezwa wakati wa Vita vya Kwanza vya Ulimwengu. Huko Ufaransa, Paul Langevin na wafanyikazi wenzake walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic. Kigunduzi hicho kilikuwa na kibadilishaji sauti kilichotengenezwa kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, zinazoitwa haidrofoni, ili kugundua mwangwi unaorudishwa baada ya kutoa mapigo ya masafa ya juu. Kwa kupima muda unaochukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakiruka juu ya kitu, wanaweza kuhesabu umbali wa kitu. Matumizi haya ya piezoelectricity katika sonar yalifanikiwa, na mradi uliunda maendeleo makubwa na shauku katika vifaa vya piezoelectric kwa miongo kadhaa.

Nyenzo mpya za piezoelectric na utumizi mpya wa nyenzo hizi ziligunduliwa na kutengenezwa, na vifaa vya piezoelectric vilipata nyumba katika uwanja kama vile cartridge za santuri za kauri, ambazo zimerahisisha muundo wa kichezaji na kutengeneza vicheza rekodi vya bei nafuu, sahihi zaidi ambavyo vilikuwa vya bei nafuu kutunza na rahisi kujenga. . Ukuzaji wa transducer za ultrasonic kuruhusiwa kwa kipimo rahisi cha mnato na elasticity ya maji na yabisi, na kusababisha maendeleo makubwa katika utafiti wa nyenzo. Viakisio vya kikoa cha wakati wa ultrasonic hutuma mpigo wa ultrasonic kupitia nyenzo na kupima uakisi na kutoendelea ili kupata dosari ndani ya chuma cha kutupwa na vitu vya mawe.

Mikusanyiko ya Macho yenye Kulenga Sana

Piezoelectricity ni uwezo wa nyenzo fulani kukusanya malipo ya umeme wakati inakabiliwa na matatizo ya mitambo. Ni mwingiliano wa kielektroniki wa laini kati ya hali ya umeme na mitambo ya nyenzo za fuwele na ulinganifu wa inversion. Piezoelectricity ni mchakato unaoweza kutenduliwa, kumaanisha kwamba nyenzo zinazoonyesha umeme wa piezoelectricity pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya kiufundi yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa.

Piezoelectricity imetumika katika matumizi mbalimbali, ikiwa ni pamoja na uzalishaji na kutambua sauti, na uzalishaji wa umeme wa juu. Piezoelectricity pia hutumiwa katika uchapishaji wa inkjet, jenereta za saa, vifaa vya kielektroniki, salio ndogo, nozzles za kiendeshi, na mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi.

Piezoelectricity iligunduliwa mnamo 1880 na wanafizikia wa Ufaransa Jacques na Pierre Curie. Athari ya piezoelectric hutumiwa katika matumizi muhimu, kama vile uzalishaji na utambuzi wa sauti, na uzalishaji wa umeme wa juu. Uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric pia hutumiwa, pamoja na jenereta za saa, vifaa vya elektroniki, mizani ndogo, nozzles za ultrasonic za gari, na makusanyiko ya macho ya ultrafine.

Piezoelectricity imeingia katika matumizi ya kila siku, kama vile kuzalisha cheche za kuwasha gesi kwa ajili ya vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, vimushio vya sigara, na nyenzo za athari za pyroelectric ambazo hutoa uwezo wa umeme katika kukabiliana na mabadiliko ya joto. Athari hii ilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, kutokana na ujuzi kutoka kwa René Haüy na Antoine César Becquerel ambao waliweka uhusiano kati ya dhiki ya mitambo na chaji ya umeme. Majaribio yalithibitika kuwa hayatoshi.

Tetrahidrati ya sodiamu na potasiamu, na chumvi ya quartz na Rochelle ilionyesha ubora wa piezoelectricity, na diski ya piezoelectric ilitumiwa kutoa volteji ilipoharibika, ingawa mabadiliko ya umbo yalitiwa chumvi sana. The Curies ilitabiri athari ya piezoelectric, na athari ya kubadilika ilitolewa kihisabati kutoka kwa kanuni za msingi za thermodynamic na Gabriel Lippmann mnamo 1881. The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na ikaendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha ugeuzaji kamili wa electro- deformations elasto-mitambo katika fuwele za piezoelectric.

Kwa miongo kadhaa, umeme wa piezoelectricity ulibakia kuwa udadisi wa maabara hadi ikawa zana muhimu katika ugunduzi wa polonium na radiamu na Pierre na Marie Curie. Kazi yao ya kuchunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha umeme wa piezoelectricity ilifikia kilele kwa kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo). Hii ilielezea madarasa ya asili ya fuwele yenye uwezo wa piezoelectricity na kufafanua kwa ukali viunga vya piezoelectric kwa kutumia uchambuzi wa tensor kwa matumizi ya vitendo ya vifaa vya piezoelectric.

Ukuzaji wa sonar ulikuwa mradi wa mafanikio ambao uliunda maendeleo makubwa na shauku katika vifaa vya piezoelectric. Miongo kadhaa baadaye, nyenzo mpya za piezoelectric na matumizi mapya ya nyenzo hizi zilichunguzwa na kuendelezwa. Vifaa vya piezoelectric vilipata nyumba katika nyanja mbalimbali, kama vile katriji za santuri za kauri, ambazo zimerahisisha usanifu wa kichezaji na kufanya vicheza rekodi kuwa nafuu na rahisi kutunza na kujenga. Ukuzaji wa transducer za ultrasonic kuruhusiwa kwa kipimo rahisi cha mnato na elasticity ya maji na yabisi, na kusababisha maendeleo makubwa katika utafiti wa nyenzo. Viakisishaji vya kikoa cha wakati wa ultrasonic hutuma mapigo ya ultrasonic kwenye nyenzo na kupima uakisi na kutoendelea ili kupata dosari ndani ya chuma cha kutupwa na vitu vya mawe, kuboresha usalama wa muundo.

Mwanzo wa uwanja wa masilahi ya piezoelectricity ulilindwa na ruhusu za faida za nyenzo mpya zilizotengenezwa kutoka kwa fuwele za quartz, ambazo zilitumiwa kibiashara kama nyenzo ya piezoelectric. Wanasayansi walitafuta nyenzo za utendaji wa juu, na licha ya maendeleo katika nyenzo na kukomaa kwa michakato ya utengenezaji, soko la Merika halikua haraka. Kinyume chake, watengenezaji wa Kijapani walishiriki habari haraka na maombi mapya ya ukuaji katika tasnia ya umeme ya piezoelectric ya Merika iliteseka tofauti na watengenezaji wa Kijapani.

Piezoelectric Motors

Katika sehemu hii, nitazungumza juu ya jinsi piezoelectricity inatumiwa katika teknolojia ya kisasa. Kuanzia katika kuchanganua hadubini zinazoweza kutatua picha kwa ukubwa wa atomi hadi kuchukua kwa gitaa zilizoimarishwa kielektroniki na vichochezi vya ngoma za kisasa za kielektroniki, umeme wa piezoelectricity umekuwa sehemu muhimu ya vifaa vingi. Nitachunguza historia ya piezoelectricity na jinsi imekuwa ikitumika katika matumizi anuwai.

Huunda Msingi wa Kuchanganua Hadubini za Uchunguzi

Piezoelectricity ni chaji ya umeme ambayo hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu, kama vile fuwele, keramik, na vitu vya kibiolojia kama vile mfupa na DNA. Ni mwitikio wa mkazo wa mitambo unaotumika, na neno piezoelectricity linatokana na neno la Kigiriki πιέζειν (piezein) linalomaanisha "kubana" au "bonyeza" na ἤλεκτρον (ēlektron) ikimaanisha "amber", chanzo cha zamani cha chaji ya umeme.

Motors za piezoelectric ni vifaa vinavyotumia athari ya piezoelectric ili kuzalisha mwendo. Athari hii ni mwingiliano wa kielektroniki wa kielektroniki kati ya hali ya kimitambo na ya umeme katika nyenzo za fuwele zenye ulinganifu wa inversion. Ni mchakato unaoweza kutenduliwa, kumaanisha kwamba nyenzo zinazoonyesha athari ya piezoelectric pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya kiufundi yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Mifano ya nyenzo zinazozalisha piezoelectricity ni fuwele za titanati za risasi zirconate.

Athari ya piezoelectric hutumiwa katika matumizi muhimu, kama vile utengenezaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa inkjeti ya piezoelectric, utengenezaji wa umeme wa voltage ya juu, jenereta za saa, na vifaa vya kielektroniki kama vile salio ndogo na kuendesha pua za ultrasonic kwa mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi. Pia huunda msingi wa darubini za kuchunguza, ambazo hutumiwa kutatua picha kwa ukubwa wa atomi.

Piezoelectricity iligunduliwa mnamo 1880 na wanafizikia wa Ufaransa Jacques na Pierre Curie. Mtazamo wa kioo cha piezo na fidia ya Curie unaweza kuonekana kwenye Makumbusho ya Hunterian huko Scotland, ambayo ni maonyesho ya athari ya moja kwa moja ya piezoelectric na ndugu Pierre na Jacques Curie.

Kuchanganya ujuzi wao wa pyroelectricity na uelewa wao wa miundo ya kioo ya msingi ilitoa utabiri wa pyroelectricity, ambayo iliwawezesha kutabiri tabia ya kioo. Hii ilionyeshwa na athari za fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya sodiamu na potasiamu, na chumvi ya quartz na Rochelle ilionyesha ubora wa piezoelectricity, na diski ya piezoelectric ilitumiwa kutoa volteji ilipoharibika, ingawa hii ilitiwa chumvi sana na Curies.

Pia walitabiri athari ya piezoelectric ya mazungumzo, na hii ilitolewa kihisabati kutoka kwa kanuni za msingi za thermodynamic na Gabriel Lippmann mnamo 1881. The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha ugeuzaji kamili wa electro-elasto- deformations mitambo katika fuwele piezoelectric.

Kwa miongo kadhaa, umeme wa piezoelectricity ulibakia kuwa udadisi wa maabara hadi ikawa zana muhimu katika ugunduzi wa polonium na radiamu na Pierre na Marie Curie. Kazi yao ya kuchunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha uwezo wa piezoelectricity ilifikia kilele kwa kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo), ambayo ilielezea madarasa ya asili ya fuwele yenye uwezo wa piezoelectricity na kufafanua kwa ukali uchambuzi wa piezoelectric na tenroelectric.

Hilo lilisababisha matumizi ya kivitendo ya vifaa vya umeme vya piezoelectric, kama vile sonar, ambavyo vilitengenezwa wakati wa Vita vya Kwanza vya Kidunia. Huko Ufaransa, Paul Langevin na wafanyakazi wenzake walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic. Kigunduzi hiki kilikuwa na transducer iliyotengenezwa kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, na haidrofoni ya kugundua mwangwi unaorudishwa baada ya kutoa mapigo ya masafa ya juu kutoka kwa kibadilishaji sauti. Kwa kupima muda unaochukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakiruka juu ya kitu, waliweza kuhesabu umbali wa kitu. Walitumia piezoelectricity kufanikisha sonar hii, na mradi uliunda maendeleo makubwa na shauku katika vifaa vya piezoelectric kwa miongo kadhaa.

Nyenzo mpya za piezoelectric na matumizi mapya ya nyenzo hizi ziligunduliwa na kutengenezwa, na vifaa vya piezoelectric vilipata nyumba katika nyanja nyingi, kama vile cartridges za santuri za kauri, ambazo zimerahisisha muundo wa kichezaji na kutengeneza vicheza rekodi vya bei nafuu na sahihi zaidi ambavyo vilikuwa vya bei nafuu kutunza na rahisi. kujenga. Ukuzaji wa transducer za ultrasonic kuruhusiwa kwa kipimo rahisi cha mnato na elasticity ya maji na yabisi, na kusababisha maendeleo makubwa katika utafiti wa nyenzo. Viakisishaji vya kikoa cha wakati wa ultrasonic hutuma mapigo ya ultrasonic kwenye nyenzo na kupima uakisi na kutoendelea ili kupata dosari ndani ya chuma cha kutupwa na vitu vya mawe, kuboresha usalama wa muundo.

Wakati wa Vita vya Kidunia vya pili, vikundi vya utafiti vya kujitegemea huko Umoja

Tatua Picha kwa Mizani ya Atomu

Piezoelectricity ni chaji ya umeme ambayo hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu kama vile fuwele, keramik, na vitu vya kibiolojia kama vile mfupa na DNA. Ni jibu kwa mkazo wa kimakanika unaotumika na linatokana na neno la Kigiriki 'piezein', lenye maana ya kuminya au kukandamiza. Athari ya piezoelectric inatokana na mwingiliano wa kielektroniki wa kielektroniki kati ya hali ya mitambo na umeme katika nyenzo za fuwele zenye ulinganifu wa inversion.

Piezoelectricity ni mchakato unaoweza kutenduliwa, na nyenzo zinazoonyesha athari ya piezoelectric pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya mitambo yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Mifano ya hii ni pamoja na fuwele za titanati ya zirconate, ambayo hutoa piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa asili. Kinyume chake, fuwele hubadilisha mwelekeo wao tuli wakati sehemu ya nje ya umeme inatumiwa, ambayo inajulikana kama athari ya piezoelectric inverse na hutumiwa katika utengenezaji wa mawimbi ya ultrasound.

Wanafizikia wa Ufaransa Jacques na Pierre Curie waligundua umeme wa piezoelectricity mwaka wa 1880. Athari ya piezoelectric imetumiwa kwa matumizi mbalimbali muhimu, ikiwa ni pamoja na uzalishaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, uzalishaji wa umeme wa juu, jenereta za saa, na vifaa vya elektroniki kama vile. microbalances na kuendesha nozzles ultrasonic. Pia huunda msingi wa darubini za kuchunguza, ambazo hutumiwa kutatua picha kwa ukubwa wa atomi.

Piezoelectricity pia hutumika katika matumizi ya kila siku, kama vile kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, vimushio vya sigara, na zaidi. Athari ya pyroelectric, ambayo ni nyenzo ambayo hutoa uwezo wa umeme kwa kukabiliana na mabadiliko ya joto, ilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18. Kwa kutumia ujuzi wa René Haüy na Antoine César Becquerel, waliweka uhusiano kati ya mkazo wa kimitambo na chaji ya umeme, lakini majaribio yao yalitoweka.

Wanaotembelea Jumba la Makumbusho la Hunterian huko Glasgow wanaweza kutazama kifidia cha piezo crystal Curie, onyesho la athari ya moja kwa moja ya piezoelectric na ndugu Pierre na Jacques Curie. Kwa kuchanganya na ujuzi wao wa pyroelectricity na uelewa wa miundo ya msingi ya kioo, walitoa utabiri wa pyroelectricity na uwezo wa kutabiri tabia ya kioo. Hii ilionyeshwa na athari za fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya sodiamu na potasiamu, na chumvi ya quartz na Rochelle ilionyesha ubora wa piezoelectricity, na diski ya piezoelectric hutoa voltage inapoharibika, ingawa mabadiliko ya umbo hutiwa chumvi sana. The Curies waliweza kutabiri athari ya piezoelectric ya mazungumzo, na athari ya mazungumzo ilitolewa kihisabati kutoka kwa kanuni za kimsingi za thermodynamic na Gabriel Lippmann mnamo 1881.

Pickups Gitaa Zilizokuzwa Kielektroniki

Motors za piezoelectric ni motors za umeme zinazotumia athari ya piezoelectric kubadili nishati ya umeme katika nishati ya mitambo. Athari ya piezoelectric ni uwezo wa vifaa fulani kuzalisha malipo ya umeme wakati unakabiliwa na matatizo ya mitambo. Motors za piezoelectric hutumiwa katika matumizi mbalimbali, kutoka kwa kuwasha vifaa vidogo kama vile saa na saa hadi kuwasha mashine kubwa kama vile roboti na vifaa vya matibabu.

Motors za piezoelectric hutumiwa katika pickups gitaa zilizokuzwa kielektroniki. Pickups hizi hutumia athari ya piezoelectric kubadilisha mitetemo ya nyuzi za gitaa kuwa ishara ya umeme. Kisha ishara hii inakuzwa na kutumwa kwa amplifier, ambayo hutoa sauti ya gitaa. Piezoelectric pickups pia hutumiwa katika ngoma za kisasa za elektroniki, ambapo hutumiwa kuchunguza vibrations ya vichwa vya ngoma na kuzibadilisha kuwa ishara ya umeme.

Motors za piezoelectric pia hutumika katika kuchanganua hadubini za uchunguzi, ambazo hutumia athari ya piezoelectric kusogeza uchunguzi mdogo kwenye uso. Hii inaruhusu darubini kutatua picha kwa ukubwa wa atomi. Motors za piezoelectric pia hutumiwa katika vichapishi vya inkjet, ambapo hutumiwa kusogeza kichwa cha kuchapisha mbele na nyuma kwenye ukurasa.

Motors za piezoelectric hutumiwa katika matumizi mengine mbalimbali, ikiwa ni pamoja na vifaa vya matibabu, vipengele vya magari, na umeme wa watumiaji. Pia hutumiwa katika matumizi ya viwandani, kama vile katika utengenezaji wa sehemu za usahihi na katika mkusanyiko wa vipengele ngumu. Athari ya piezoelectric pia hutumiwa katika uzalishaji wa mawimbi ya ultrasound, ambayo hutumiwa katika picha ya matibabu na katika kugundua makosa katika vifaa.

Kwa ujumla, motors za piezoelectric hutumiwa katika aina mbalimbali za maombi, kutoka kwa nguvu za vifaa vidogo hadi kuwasha mashine kubwa. Hutumika katika pickups gitaa zilizokuzwa kielektroniki, ngoma za kisasa za kielektroniki, darubini za uchunguzi wa kuchanganua, vichapishaji vya inkjet, vifaa vya matibabu, vijenzi vya magari na vifaa vya elektroniki vya watumiaji. Athari ya piezoelectric pia hutumiwa katika uzalishaji wa mawimbi ya ultrasound na katika kugundua makosa katika vifaa.

Inachochea Ngoma za Kisasa za Kielektroniki

Piezoelectricity ni chaji ya umeme ambayo hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu kama vile fuwele, keramik, na vitu vya kibiolojia kama vile mfupa na DNA. Ni majibu ya nyenzo hizi kwa dhiki ya mitambo iliyotumika. Neno piezoelectricity linatokana na neno la Kigiriki "piezein", ambalo linamaanisha "kufinya au kushinikiza", na neno "elektron", ambalo linamaanisha "amber", chanzo cha kale cha malipo ya umeme.

Motors za piezoelectric ni vifaa vinavyotumia athari ya piezoelectric ili kuzalisha mwendo. Athari hii inatokana na mwingiliano wa kielektroniki wa kielektroniki kati ya hali ya kimitambo na ya umeme ya nyenzo za fuwele zilizo na ulinganifu wa inversion. Ni mchakato unaoweza kutenduliwa, kumaanisha kwamba nyenzo zinazoonyesha athari ya piezoelectric pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya kiufundi yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Mfano wa hii ni fuwele za titanate za zirconate, ambazo hutoa piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa asili. Kinyume chake, wakati uwanja wa nje wa umeme unatumiwa, fuwele hubadilisha mwelekeo wao wa tuli, huzalisha mawimbi ya ultrasound.

Motors za piezoelectric hutumiwa katika matumizi anuwai ya kila siku, kama vile:

• Kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto
• Tochi, vimulimuli vya sigara, na nyenzo za athari za pyroelectric
• Kuzalisha uwezo wa umeme katika kukabiliana na mabadiliko ya joto
• Uzalishaji na utambuzi wa sauti
• Uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric
• Uzalishaji wa umeme wa msongo wa juu
• Jenereta ya saa na vifaa vya kielektroniki
• Mizani ndogo
• Endesha nozzles za ultrasonic na mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi
• Huunda msingi wa darubini za kuchunguza
• Tatua picha kwa ukubwa wa atomi
• Kuchukua gitaa zilizokuzwa kielektroniki
• Huchochea ngoma za kisasa za kielektroniki.

Modeling Electromechanical ya Piezoelectric Transducers

Katika sehemu hii, nitakuwa nikichunguza uundaji wa kieletroniki wa vibadilishaji umeme vya piezoelectric. Nitaangalia historia ya ugunduzi wa piezoelectricity, majaribio ambayo yalithibitisha kuwepo kwake, na maendeleo ya vifaa na vifaa vya piezoelectric. Pia nitakuwa nikijadili michango ya wanafizikia wa Ufaransa Pierre na Jacques Curie, Carl Linnaeus na Franz Aepinus, Rene Hauy na Antoine Cesar Becquerel, Gabriel Lippmann, na Woldemar Voigt.

Wanafizikia wa Ufaransa Pierre na Jacques Curie

Piezoelectricity ni jambo la kielektroniki ambapo chaji ya umeme hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu kama vile fuwele, keramik, na vitu vya kibaolojia kama vile mfupa na DNA. Malipo haya hutolewa kwa kukabiliana na dhiki ya mitambo inayotumika. Neno 'piezoelectricity' linatokana na neno la Kigiriki 'piezein', linalomaanisha 'kubana au kubonyeza', na 'elektron', maana yake 'amber', chanzo cha kale cha chaji ya umeme.

Athari ya piezoelectric hutokana na mwingiliano wa kielektroniki wa kielektroniki kati ya hali ya mitambo na umeme katika nyenzo zilizo na ulinganifu wa inversion. Athari hii inaweza kutenduliwa, kumaanisha kwamba nyenzo zinazoonyesha athari ya piezoelectric pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambapo kizazi cha ndani cha matatizo ya mitambo hutolewa kulingana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Kwa mfano, fuwele za titanati ya zirconate huzalisha piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa awali. Kinyume chake, uga wa umeme wa nje unapowekwa, fuwele hubadilisha mwelekeo wao tuli, na kutoa mawimbi ya ultrasound katika mchakato unaojulikana kama athari ya piezoelectric inverse.

Mnamo mwaka wa 1880, wanafizikia wa Kifaransa Pierre na Jacques Curie waligundua athari ya piezoelectric na tangu wakati huo imekuwa ikitumiwa kwa matumizi mbalimbali muhimu, ikiwa ni pamoja na uzalishaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, uzalishaji wa umeme wa juu, jenereta za saa na elektroniki. vifaa kama vile mizani ndogo na kuendesha nozzles za ultrasonic kwa mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi. Pia huunda msingi wa kuchanganua hadubini za uchunguzi, ambazo zinaweza kutatua picha kwa kipimo cha atomi. Piezoelectricity pia hutumika katika uchukuaji wa gitaa zilizoimarishwa kielektroniki na vichochezi vya ngoma za kisasa za kielektroniki.

Piezoelectricity pia hupata matumizi ya kila siku, kama vile kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, vimushio vya sigara na zaidi. Athari ya pyroelectric, ambapo nyenzo huzalisha uwezo wa umeme katika kukabiliana na mabadiliko ya joto, ilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, kwa kuzingatia ujuzi wa René Hauy na Antoine César Becquerel, ambao waliweka uhusiano kati ya. dhiki ya mitambo na chaji ya umeme, ingawa majaribio yao yalithibitika kuwa hayana uthibitisho.

Kwa kuchanganya ujuzi wao wa pyroelectricity na uelewa wa miundo ya msingi ya fuwele, Curies waliweza kutoa utabiri wa pyroelectricity na kutabiri tabia ya fuwele. Hii ilionyeshwa katika athari za fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya potasiamu ya sodiamu na quartz pia ilionyesha ubora wa piezoelectricity. Diski ya piezoelectric hutoa voltage inapoharibika, ingawa hii imetiwa chumvi sana katika onyesho la Curies. Waliweza pia kutabiri athari ya mazungumzo ya piezoelectric na kuigundua kihisabati kutoka kwa kanuni za msingi za thermodynamic na Gabriel Lippmann mnamo 1881.

The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha ugeuzaji kamili wa deformations electro-elasto-mechanical katika fuwele za piezoelectric. Katika miongo iliyofuata, piezoelectricity ilibakia udadisi wa maabara hadi ikawa chombo muhimu katika ugunduzi wa polonium na radium na Pierre na Marie Curie. Kazi yao ya kuchunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha umeme wa piezoelectricity ilifikia kilele kwa kuchapishwa kwa 'Lehrbuch der Kristallphysik' ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo).

Majaribio Yamethibitishwa Kuwa Hayana

Piezoelectricity ni jambo la kielektroniki ambapo chaji ya umeme hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu, kama vile fuwele, keramik, na vitu vya kibaolojia kama vile mfupa na DNA. Ni mwitikio wa mkazo wa kimakanika, na neno 'piezoelectricity' linatokana na maneno ya Kigiriki 'piezein', yenye maana ya 'kubana au kubonyeza', na 'ēlektron', yenye maana ya 'amber', chanzo cha kale cha chaji ya umeme.

Athari ya piezoelectric inatokana na mwingiliano wa kielektroniki wa kieletroniki kati ya hali ya mitambo na umeme ya nyenzo za fuwele zenye ulinganifu wa inversion. Ni mchakato unaoweza kugeuzwa; nyenzo zinazoonyesha athari ya piezoelectric pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya mitambo yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Kwa mfano, fuwele za titanati ya zirconate huzalisha piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa awali. Kinyume chake, fuwele zinaweza kubadilisha mwelekeo wao tuli wakati uwanja wa nje wa umeme unatumika, unaojulikana kama athari ya piezoelectric inverse, ambayo hutumiwa katika utengenezaji wa mawimbi ya ultrasound.

Wanafizikia wa Kifaransa Pierre na Jacques Curie waligundua umeme wa piezoelectricity mwaka wa 1880. Tangu wakati huo umetumiwa kwa matumizi mbalimbali muhimu, ikiwa ni pamoja na utengenezaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa wino wa piezoelectric, uzalishaji wa umeme wa msongo wa juu, jenereta za saa na vifaa vya elektroniki kama vile mizani midogo. , endesha nozzles za ultrasonic, na mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi. Pia huunda msingi wa darubini za kuchunguza, ambazo zinaweza kutatua picha kwa ukubwa wa atomi. Piezoelectricity pia hutumika katika pickups kwa gitaa zilizokuzwa kielektroniki, na vichochezi vya ngoma za kisasa za kielektroniki.

Piezoelectricity hupata matumizi ya kila siku katika kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, vimumunyisho vya sigara na zaidi. Athari ya pyroelectric, ambayo nyenzo huzalisha uwezo wa umeme katika kukabiliana na mabadiliko ya joto, ilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, kwa kuzingatia ujuzi wa René Hauy na Antoine César Becquerel, ambao walianzisha uhusiano. kati ya mkazo wa mitambo na malipo ya umeme. Majaribio yalithibitika kutokamilika.

Ujuzi wa pamoja wa pyroelectricity na uelewa wa miundo ya kioo ya msingi ilitoa utabiri wa pyroelectricity na uwezo wa kutabiri tabia ya fuwele. Hii ilionyeshwa katika athari za fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya potasiamu ya sodiamu na quartz pia ilionyesha ubora wa piezoelectri, na diski ya piezoelectric ilitumiwa kutoa volteji ilipoharibika. Hii ilitiwa chumvi sana katika onyesho la Curies la athari ya moja kwa moja ya piezoelectric.

Ndugu Pierre na Jacques Curie walitabiri athari ya piezoelectric, na athari ya kubadilishana ilitolewa kihisabati kutoka kwa kanuni za msingi za thermodynamic na Gabriel Lippmann mwaka wa 1881. The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya kinyume, na iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha ukweli kamili. urekebishaji wa uharibifu wa electro-elasto-mitambo katika fuwele za piezoelectric.

Kwa miongo kadhaa, piezoelectricity ilibakia kuwa udadisi wa maabara, lakini ilikuwa chombo muhimu katika ugunduzi wa polonium na radium na Pierre na Marie Curie. Kazi yao ya kuchunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha umeme wa piezoelectricity ilifikia kilele kwa kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo). Hii ilielezea madarasa ya asili ya fuwele yenye uwezo wa piezoelectricity na ilifafanua kwa ukali viunga vya piezoelectric kwa kutumia uchambuzi wa tensor. Huu ulikuwa utumizi wa kwanza wa kivitendo wa transducer za piezoelectric, na sonar ilitengenezwa wakati wa Vita vya Kwanza vya Kidunia. Huko Ufaransa, Paul Langevin na wafanyakazi wenzake walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic.

Carl Linnaeus na Franz Aepinus

Piezoelectricity ni jambo la kielektroniki ambapo chaji ya umeme hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu kama vile fuwele, keramik, na vitu vya kibayolojia kama vile mfupa na DNA. Malipo haya hutolewa kwa kukabiliana na mkazo wa mitambo. Neno piezoelectricity linatokana na maneno ya Kigiriki πιέζειν (piezein) yenye maana ya "kubana au kukandamiza" na ἤλεκτρον (ēlektron) maana yake "amber", chanzo cha kale cha chaji ya umeme.

Athari ya piezoelectric hutokana na mwingiliano wa kielektroniki wa kielektroniki kati ya hali ya mitambo na umeme ya nyenzo za fuwele zilizo na ulinganifu wa inversion. Athari hii inaweza kutenduliwa, kumaanisha kwamba nyenzo zinazoonyesha umeme wa piezoelectricity pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambayo ni kizazi cha ndani cha matatizo ya kiufundi yanayotokana na uwanja wa umeme unaotumiwa. Kwa mfano, fuwele za titanati ya zirconate huzalisha piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa awali. Kinyume chake, fuwele zinaweza kubadilisha mwelekeo wao tuli wakati uwanja wa nje wa umeme unatumika, unaojulikana kama athari ya piezoelectric inverse na hutumiwa katika utengenezaji wa mawimbi ya ultrasound.

Mnamo 1880, wanafizikia wa Ufaransa Jacques na Pierre Curie waligundua athari ya piezoelectric na tangu wakati huo imekuwa ikitumiwa kwa matumizi mengi muhimu, pamoja na utengenezaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, utengenezaji wa umeme wa voltage ya juu, jenereta za saa, vifaa vya elektroniki, mizani ndogo. , endesha nozzles za ultrasonic, na mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi. Pia huunda msingi wa kuchanganua hadubini za uchunguzi, ambazo hutumika kutatua picha kwenye saizi ya atomi. Piezoelectricity pia hutumika katika uchukuaji wa gitaa zilizoimarishwa kielektroniki na vichochezi vya ngoma za kisasa za kielektroniki.

Piezoelectricity pia hupatikana katika matumizi ya kila siku, kama vile kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, tochi, vimushio vya sigara, na athari ya pyroelectric, ambayo ni wakati nyenzo huzalisha uwezo wa umeme kukabiliana na mabadiliko ya joto. Athari hii ilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, kutokana na ujuzi kutoka kwa René Hauy na Antoine César Becquerel, ambao waliweka uhusiano kati ya mkazo wa kimitambo na chaji ya umeme, ingawa majaribio yao yalitoweka.

Mtazamo wa kioo cha piezo katika kifidia cha Curie kwenye Jumba la Makumbusho la Hunterian huko Scotland ni onyesho la athari ya moja kwa moja ya piezoelectric na ndugu Pierre na Jacques Curie. Kuchanganya ujuzi wao wa pyroelectricity na uelewa wa miundo ya kioo ya msingi ilitoa utabiri wa pyroelectricity na uwezo wa kutabiri tabia ya kioo. Hii ilionyeshwa na athari za fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya sodiamu ya tetrahidrati na quartz kutoka kwa chumvi ya Rochelle ilionyesha ubora wa piezoelectricity, na diski ya piezoelectric hutoa volteji inapoharibika, ingawa hii inatiwa chumvi sana katika onyesho la Curies.

Utabiri wa athari ya piezoelectric ya mazungumzo na upunguzaji wake wa hisabati kutoka kwa kanuni za msingi za thermodynamic ulifanywa na Gabriel Lippmann mwaka wa 1881. The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha ugeuzaji kamili wa electro-elasto- deformations mitambo katika fuwele piezoelectric. Kwa miongo kadhaa, umeme wa piezoelectricity ulibakia kuwa udadisi wa kimaabara hadi ukawa chombo muhimu katika ugunduzi wa polonium na radiamu na Pierre na Marie Curie, ambao waliitumia kuchunguza na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha uwezo wa piezoelectricity. Hili lilifikia kilele kwa kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik (Kitabu cha Fizikia cha Woldemar Voigt), ambacho kilielezea madarasa ya asili ya fuwele yenye uwezo wa piezoelectricity na kufafanua kwa uthabiti viunga vya umeme vya piezoelectric kwa kutumia uchanganuzi wa tensor.

Utumizi huu wa vitendo wa transducers za piezoelectric ulisababisha ukuzaji wa sonar wakati wa Vita vya Kwanza vya Kidunia. Huko Ufaransa, Paul Langevin na wafanyikazi wenzake walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic. Kigunduzi kilikuwa na kibadilishaji sauti kilichotengenezwa kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, na haidrofoni ya kugundua mwangwi unaorudishwa baada ya kutoa mapigo ya masafa ya juu kutoka kwa kibadilishaji sauti. Kwa kupima muda unaochukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakiruka juu ya kitu, waliweza kukokotoa umbali wa kitu. Walitumia piezoelectricity kufanya sonar hii kufanikiwa, na mradi uliunda maendeleo makubwa na shauku katika vifaa vya piezoelectric.

Rene Hauy na Antoine Cesar Becquerel

Piezoelectricity ni jambo la kielektroniki ambalo hutokea wakati nyenzo fulani dhabiti, kama vile fuwele, keramik, na maada ya kibayolojia kama vile mfupa na DNA, hujilimbikiza chaji ya umeme ili kukabiliana na mkazo wa kimitambo. Piezoelectricity linatokana na neno la Kigiriki 'piezein', linalomaanisha 'kubana au kubonyeza', na 'elektron', maana yake 'amber', chanzo cha kale cha chaji ya umeme.

Athari ya piezoelectric hutokana na mwingiliano wa kielektroniki wa kielektroniki kati ya hali ya kimitambo na ya umeme katika nyenzo za fuwele zenye ulinganifu wa inversion. Athari hii inaweza kutenduliwa, kumaanisha kuwa nyenzo zinazoonyesha athari ya piezoelectric pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, au kizazi cha ndani cha shida ya kiufundi inayotokana na uwanja wa umeme unaotumika. Kwa mfano, fuwele za titanati ya zirconate huzalisha piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa awali. Kinyume chake, fuwele zinaweza kubadilisha mwelekeo wao wa tuli wakati uwanja wa nje wa umeme unatumiwa, na kusababisha athari ya piezoelectric inverse na uzalishaji wa mawimbi ya ultrasound.

Wanafizikia wa Kifaransa Pierre na Jacques Curie waligundua athari ya piezoelectric mwaka wa 1880. Athari hii imetumiwa kwa matumizi mbalimbali muhimu, ikiwa ni pamoja na uzalishaji na utambuzi wa sauti, uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, uzalishaji wa umeme wa juu, jenereta za saa na vifaa vya elektroniki. kama vile mizani ndogo, endesha pua za ultrasonic, na mikusanyiko ya macho inayolenga zaidi. Pia huunda msingi wa darubini za kuchunguza, ambazo zinaweza kutatua picha kwenye mizani ya atomi. Piezoelectricity pia hutumika katika pickups kwa gitaa zilizokuzwa kielektroniki, na vichochezi vya ngoma za kisasa za kielektroniki.

Athari ya piezoelectric ilichunguzwa kwa mara ya kwanza na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, kutokana na ujuzi kutoka kwa Rene Hauy na Antoine Cesar Becquerel, ambao waliweka uhusiano kati ya mkazo wa mitambo na chaji ya umeme. Hata hivyo, majaribio yalithibitika kuwa hayana uhakika. Ikiunganishwa na ujuzi wa pyroelectricity, na uelewa wa miundo ya msingi ya kioo, hii ilileta utabiri wa pyroelectricity, na uwezo wa kutabiri tabia ya kioo. Hii ilionyeshwa katika athari za fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. Tetrahidrati ya potasiamu ya sodiamu na quartz pia ilionyesha ubora wa piezoelectri, na diski ya piezoelectric ilitumiwa kutoa volteji ilipoharibika. Athari hii ilitiwa chumvi sana katika maandamano ya Curies kwenye Jumba la Makumbusho la Scotland, ambayo yalionyesha athari ya moja kwa moja ya piezoelectric.

Ndugu Pierre na Jacques Curie waliendelea kupata uthibitisho wa kiasi wa ugeuzaji kamili wa uharibifu wa electro-elasto-mitambo katika fuwele za piezoelectric. Kwa miongo kadhaa, piezoelectricity ilibakia udadisi wa maabara, hadi ikawa chombo muhimu katika ugunduzi wa polonium na radium na Pierre na Marie Curie. Kazi hii iligundua na kufafanua miundo ya fuwele iliyoonyesha uwezo wa piezoelectricity, ikifikia kilele cha uchapishaji wa Lehrbuch der Kristallphysik ya Woldemar Voigt (Kitabu cha Fizikia ya Kioo).

The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na iliendelea na hisabati kuamua kanuni za msingi za thermodynamic za athari ya kuzungumza. Hili lilifanywa na Gabriel Lippmann mwaka wa 1881. Piezoelectricity ilitumiwa kutengeneza sonar wakati wa Vita vya Kwanza vya Kidunia. Huko Ufaransa, Paul Langevin na wafanyakazi wenzake walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic. Kigunduzi hiki kilikuwa na transducer iliyotengenezwa kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, na haidrofoni ya kugundua mwangwi uliorejeshwa. Kwa kutoa mapigo ya masafa ya juu kutoka kwa transducer na kupima muda unaochukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakipiga kutoka kwa kitu, wanaweza kuhesabu umbali wa kitu.

Matumizi ya fuwele za piezoelectric yaliendelezwa zaidi na Maabara ya Simu ya Bell kufuatia Vita vya Kidunia vya pili. Frederick R. Lack, akifanya kazi katika idara ya uhandisi wa simu za redio, alitengeneza kioo kilichokatwa ambacho kinaweza kufanya kazi kwa viwango vingi vya joto. Ukosefu wa kioo haukuhitaji vifaa vizito vya fuwele zilizopita, kuwezesha matumizi yake katika ndege. Maendeleo haya yaliruhusu vikosi vya anga vya Washirika kushiriki katika mashambulio ya watu wengi yaliyoratibiwa, kwa kutumia redio ya anga. Ukuzaji wa vifaa na vifaa vya piezoelectric nchini Merika uliweka kampuni katika ukuzaji wa mwanzo wa wakati wa vita kwenye uwanja, na masilahi ya kupata ruhusu zenye faida kwa nyenzo mpya zilizotengenezwa. Fuwele za quartz zilitumiwa kibiashara kama nyenzo ya piezoelectric, na wanasayansi walitafuta nyenzo za utendaji wa juu. Licha ya maendeleo ya nyenzo na kukomaa kwa michakato ya utengenezaji, Merika

Gabriel Lippmann

Piezoelectricity ni jambo la kielektroniki ambapo chaji ya umeme hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu, kama vile fuwele, keramik, na vitu vya kibaolojia kama vile mfupa na DNA. Ni matokeo ya mwingiliano kati ya hali ya mitambo na umeme katika nyenzo zilizo na ulinganifu wa inversion. Piezoelectricity iligunduliwa kwa mara ya kwanza na wanafizikia wa Ufaransa Pierre na Jacques Curie mnamo 1880.

Piezoelectricity imetumiwa kwa matumizi mbalimbali muhimu, ikiwa ni pamoja na uzalishaji na utambuzi wa sauti, uchapishaji wa inkjet ya piezoelectric, na uzalishaji wa umeme wa juu. Piezoelectricity inatokana na maneno ya Kigiriki πιέζειν (piezein) yenye maana ya "kubana au kubonyeza" na ἤλεκτρον (ēlektron) maana yake "amber", chanzo cha kale cha chaji ya umeme.

Athari ya piezoelectric inaweza kutenduliwa, kumaanisha kuwa nyenzo zinazoonyesha umeme wa piezoelectricity pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambapo kizazi cha ndani cha matatizo ya mitambo hutokana na matumizi ya uwanja wa umeme. Kwa mfano, fuwele za titanati ya zirconate huzalisha piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa awali. Kinyume chake, fuwele zinaweza kubadilisha mwelekeo wao tuli wakati uga wa nje wa umeme unatumika, mchakato unaojulikana kama athari ya piezoelectric inverse. Utaratibu huu unaweza kutumika kutengeneza mawimbi ya ultrasound.

Athari ya piezoelectric imechunguzwa tangu katikati ya karne ya 18, wakati Carl Linnaeus na Franz Aepinus, wakichukua ujuzi wa René Hauy na Antoine César Becquerel, waliweka uhusiano kati ya mkazo wa kimitambo na chaji ya umeme. Hata hivyo, majaribio yalithibitika kuwa hayana uhakika. Haikuwa mpaka ujuzi wa pamoja wa pyroelectricity na uelewa wa miundo ya kioo ya msingi ilitoa utabiri wa pyroelectricity ambayo watafiti waliweza kutabiri tabia ya kioo. Hii ilionyeshwa na athari za fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle.

Gabriel Lippmann, mnamo 1881, aligundua kihisabati kanuni za msingi za thermodynamic za athari ya piezoelectric. The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha ugeuzaji kamili wa deformations electro-elasto-mechanical katika fuwele za piezoelectric.

Utumizi wa vitendo wa vifaa vya piezoelectric ulianza na maendeleo ya sonar wakati wa Vita vya Kwanza vya Dunia. Paul Langevin na wafanyakazi wenzake walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic. Kigunduzi hiki kilikuwa na transducer iliyotengenezwa kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, na haidrofoni ya kugundua mwangwi uliorejeshwa. Kwa kutoa mapigo ya masafa ya juu kutoka kwa transducer na kupima muda unaochukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakidunda kutoka kwa kitu, waliweza kuhesabu umbali wa kitu. Matumizi haya ya umeme wa piezoelectricity kwa sonar yalifanikiwa, na mradi uliunda shauku kubwa ya maendeleo katika vifaa vya piezoelectric. Kwa miongo kadhaa, nyenzo mpya za piezoelectric na matumizi mapya ya nyenzo hizi zilichunguzwa na kuendelezwa. Vifaa vya piezoelectric vilipata nyumba katika nyanja mbalimbali, kuanzia katriji za santuri za kauri zilizorahisisha muundo wa kichezaji na kufanya vicheza rekodi vya bei nafuu na vilivyo sahihi kuwa nafuu ili kuvitunza na kujenga kwa urahisi, hadi uundaji wa transducer za ultrasonic ambazo ziliruhusu kupima kwa urahisi mnato na unyumbufu wa vimiminika. na yabisi, na kusababisha maendeleo makubwa katika utafiti wa nyenzo. Viakisishaji vya kikoa cha wakati wa ultrasonic hutuma mapigo ya ultrasonic kwenye nyenzo na kupima uakisi na kutoendelea ili kupata dosari ndani ya chuma cha kutupwa na vitu vya mawe, kuboresha usalama wa muundo.

Kufuatia Vita vya Pili vya Ulimwengu, vikundi huru vya utafiti nchini Marekani, Urusi, na Japani viligundua aina mpya ya vifaa vya sintetiki vinavyoitwa ferroelectrics ambavyo vilionyesha viambata vya umeme vya piezoelectric hadi mara kumi zaidi ya vifaa vya asili. Hii ilisababisha utafiti mkali wa kutengeneza titanate ya bariamu, na baadaye kuongoza titanati ya zirconate, nyenzo zenye sifa maalum kwa matumizi fulani. Mfano muhimu wa matumizi ya fuwele za piezoelectric ilitengenezwa

Woldemar Voigt

Piezoelectricity ni jambo la kielektroniki ambapo chaji ya umeme hujilimbikiza katika nyenzo fulani ngumu, kama vile fuwele, keramik, na vitu vya kibaolojia kama vile mfupa na DNA. Malipo haya hutolewa kwa kukabiliana na dhiki ya mitambo inayotumika. Neno piezoelectricity linatokana na neno la Kigiriki "piezein", ambalo linamaanisha "kufinya au kushinikiza", na "elektron", ambayo ina maana "amber", chanzo cha kale cha malipo ya umeme.

Athari ya piezoelectric hutokana na mwingiliano wa kielektroniki wa kielektroniki kati ya hali ya mitambo na umeme ya nyenzo za fuwele zilizo na ulinganifu wa inversion. Athari hii inaweza kutenduliwa, kumaanisha kuwa nyenzo zinazoonyesha umeme wa piezoelectricity pia zinaonyesha athari ya nyuma ya piezoelectric, ambapo kizazi cha ndani cha matatizo ya kiufundi hutoka kwenye uwanja wa umeme unaotumiwa. Kwa mfano, fuwele za titanati ya zirconate huzalisha piezoelectricity wakati muundo wao tuli umeharibika kutoka kwa mwelekeo wake wa awali. Kinyume chake, fuwele zinaweza kubadilisha mwelekeo wao wa tuli wakati uwanja wa nje wa umeme unatumiwa, jambo linalojulikana kama athari ya piezoelectric inverse, ambayo hutumiwa katika uzalishaji wa mawimbi ya ultrasound.

Wanafizikia wa Kifaransa Pierre na Jacques Curie waligundua umeme wa piezoelectricity mwaka wa 1880. Athari ya piezoelectric tangu wakati huo imekuwa ikitumiwa kwa matumizi mbalimbali muhimu, ikiwa ni pamoja na uzalishaji na ugunduzi wa sauti, uchapishaji wa wino wa piezoelectric, uzalishaji wa umeme wa juu, jenereta za saa na vifaa vya elektroniki. kama vile mizani ndogo na uendeshe nozzles za ultrasonic kwa umakini wa hali ya juu wa mikusanyiko ya macho. Pia huunda msingi wa darubini za kuchunguza, ambazo zinaweza kutatua picha kwa ukubwa wa atomi. Zaidi ya hayo, picha katika gitaa zilizoimarishwa kielektroniki na vichochezi katika ngoma za kisasa za kielektroniki hutumia athari ya piezoelectric.

Piezoelectricity pia hupata matumizi ya kila siku katika kuzalisha cheche za kuwasha gesi katika vifaa vya kupikia na kupasha joto, katika tochi, vimulimuli vya sigara na zaidi. Athari ya pyroelectric, ambapo nyenzo huzalisha uwezo wa umeme katika kukabiliana na mabadiliko ya joto, ilichunguzwa na Carl Linnaeus na Franz Aepinus katikati ya karne ya 18, kutokana na ujuzi kutoka kwa Rene Hauy na Antoine Cesar Becquerel, ambao waliweka uhusiano kati ya mitambo. stress na malipo ya umeme. Majaribio ya kuthibitisha uhusiano huu yalishindikana.

Mtazamo wa kioo cha piezo katika kifidia cha Curie kwenye Jumba la Makumbusho la Hunterian huko Scotland ni onyesho la athari ya moja kwa moja ya piezoelectric na ndugu Pierre na Jacques Curie. Kuchanganya maarifa yao ya pyroelectricity na uelewa wa miundo ya msingi ya fuwele ilisababisha utabiri wa pyroelectricity, ambayo iliwaruhusu kutabiri tabia ya fuwele waliyoonyesha katika athari za fuwele kama vile tourmaline, quartz, topazi, sukari ya miwa, na chumvi ya Rochelle. . Tetrahidrati ya sodiamu na potasiamu tetrahidrati na quartz pia zilionyesha ubora wa piezoelectri, na diski ya piezoelectric ilitumiwa kutoa volteji inapoharibika. Mabadiliko haya ya umbo yalitiwa chumvi sana katika maandamano ya Curies, na waliendelea kutabiri athari ya piezoelectric. Athari ya mazungumzo ilitolewa kihisabati kutoka kwa kanuni za msingi za thermodynamic na Gabriel Lippmann mnamo 1881.

The Curies mara moja ilithibitisha kuwepo kwa athari ya mazungumzo, na iliendelea kupata uthibitisho wa kiasi cha ugeuzaji kamili wa deformations electro-elasto-mechanical katika fuwele za piezoelectric. Katika miongo iliyofuata, piezoelectricity ilibakia kuwa udadisi wa maabara, hadi ikawa chombo muhimu katika ugunduzi wa polonium na radium na Pierre Marie Curie, ambaye aliitumia kuchunguza na kufafanua miundo ya kioo iliyoonyesha piezoelectricity. Hili lilifikia kilele kwa kuchapishwa kwa Lehrbuch der Kristallphysik (Kitabu cha Fizikia cha Woldemar Voigt), ambacho kilielezea madarasa ya asili ya fuwele yenye uwezo wa piezoelectricity na kufafanua kwa uthabiti viunga vya umeme vya piezoelectric kwa kutumia uchanganuzi wa tensor.

Hilo lilisababisha matumizi ya kivitendo ya vifaa vya umeme vya piezoelectric, kama vile sonar, ambavyo vilitengenezwa wakati wa Vita vya Kwanza vya Kidunia. Huko Ufaransa, Paul Langevin na wafanyakazi wenzake walitengeneza detector ya manowari ya ultrasonic. Kigunduzi hiki kilikuwa na transducer iliyotengenezwa kwa fuwele nyembamba za quartz zilizowekwa kwa uangalifu kwenye sahani za chuma, na haidrofoni ya kugundua mwangwi unaorudishwa baada ya kutoa mapigo ya masafa ya juu kutoka kwa kibadilishaji sauti. Kwa kupima muda unaochukua ili kusikia mwangwi wa mawimbi ya sauti yakiruka juu ya kitu, wanaweza kuhesabu umbali wa kitu hicho. Walitumia piezoelectricity kufanya sonar hii kufanikiwa, na mradi uliunda maendeleo makubwa na shauku ndani.

Mahusiano muhimu

Viigizaji vya Piezoelectric: Viamilisho vya piezoelectric ni vifaa vinavyobadilisha nishati ya umeme kuwa mwendo wa mitambo. Zinatumika kwa kawaida katika robotiki, vifaa vya matibabu, na programu zingine ambapo udhibiti sahihi wa mwendo unahitajika.
Sensorer za Piezoelectric: Sensorer za piezoelectric hutumiwa kupima vigezo vya kimwili kama vile shinikizo, kuongeza kasi na mtetemo. Mara nyingi hutumiwa katika maombi ya viwanda na matibabu, pamoja na umeme wa watumiaji.
Piezoelectricity in Natural: Piezoelectricity ni jambo la kawaida linalotokea katika nyenzo fulani, na hupatikana katika viumbe hai vingi. Inatumiwa na viumbe vingine kuhisi mazingira yao na kuwasiliana na viumbe vingine.

Hitimisho

Piezoelectricity ni jambo la kushangaza ambalo limetumika katika matumizi mbalimbali, kutoka kwa sonar hadi cartridges ya phonograph. Imesomwa tangu katikati ya miaka ya 1800, na imetumika kwa athari kubwa katika maendeleo ya teknolojia ya kisasa. Chapisho hili la blogi limechunguza historia na matumizi ya piezoelectricity, na limeangazia umuhimu wa jambo hili katika maendeleo ya teknolojia ya kisasa. Kwa wale wanaopenda kujifunza zaidi kuhusu piezoelectricity, chapisho hili ni mahali pazuri pa kuanzia.

Mimi ni Joost Nusselder, mwanzilishi wa Neaera na muuzaji wa maudhui, baba, na ninapenda kujaribu vifaa vipya na gitaa moyoni mwa mapenzi yangu, na pamoja na timu yangu, nimekuwa nikiunda nakala za blogi za kina tangu 2020. ili kusaidia wasomaji waaminifu kwa vidokezo vya kurekodi na gitaa.

Nichunguze kwenye Youtube ambapo ninajaribu vifaa hivi vyote:

Kujiunga