Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои тавлиди нерӯи барқ ҳангоми дучор шудан ба фишори механикӣ ва баръакс мебошад. Ин калима аз пьезо юнонӣ омадааст, ки маънои фишор ва барқро дорад. Он бори аввал дар соли 1880 кашф шудааст, аммо консепсия муддати тӯлонӣ маълум аст.
Намунаи беҳтарини маъруфи пьезоэлектрикӣ кварц аст, аммо бисёр маводи дигар низ ин падидаро нишон медиҳанд. Истифодаи маъмултарини пьезоэлектрикӣ истеҳсоли ултрасадо мебошад.
Дар ин мақола, ман дар бораи чӣ будани пьезоэлектрикӣ, чӣ гуна кор кардани он ва баъзе аз барномаҳои амалии ин падидаи аҷиб муҳокима хоҳам кард.
Пьезоэлектрикӣ чист?
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои тавлиди заряди барқ дар посух ба фишори механикӣ мебошад. Ин таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикӣ дар маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия мебошад. Маводҳои пьезоэлектрикӣ метавонанд барои тавлиди нерӯи барқи баландшиддати барқ, генераторҳои соатӣ, дастгоҳҳои электронӣ, микробалансҳо, гардонандаи соплоҳои ултрасадоӣ ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултранафи истифода шаванд.
Маводҳои пьезоэлектрикӣ кристаллҳо, баъзе сафолҳо, моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК ва сафедаҳо мебошанд. Вақте ки қувва ба маводи пьезоэлектрикӣ татбиқ карда мешавад, он заряди электрикӣ ба вуҷуд меорад. Пас аз он ин заряд метавонад барои қувват додани дастгоҳҳо ё эҷоди шиддат истифода шавад.
Маводҳои пьезоэлектрикӣ дар барномаҳои гуногун истифода мешаванд, аз ҷумла:
• Истеҳсол ва дарёфти садо
• Чопкунии пьезоэлектрикӣ
• Истеҳсоли нерӯи барқи баландшиддат
• Генераторҳои соат
• Дастгоҳҳои электронӣ
• Микробаланс
• Соплоҳои ултрасадоро биронед
• Анҷуманҳои оптикии фокуси ултраҷазира
• Пикапҳо барои гитараҳои электронӣ пурқувват
• Триггерҳо барои барабанҳои электронии муосир
• Истеҳсоли шарораҳо барои афрӯхтани газ
• Дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ
• Машъалхо ва оташакхои сигор.
Таърихи пайдоиши пьезоэлектрикӣ чист?
Пьезоэлектрикӣ соли 1880 аз ҷониби физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри кашф карда шуданд. Ин заряди барқест, ки дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристалҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ дар ҷавоб ба фишори механикии татбиқшуда ҷамъ мешавад. Калимаи «пьезоэлектрикӣ» аз калимаи юнонии «piezein» ба маънои «фишурдан» ё «пресс» ва «электрон» ба маънои «янтар» сарчашмаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ аз таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикии маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия ба вуҷуд меояд. Ин як раванди бозгаштшаванда аст, яъне маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин таъсири пьезоэлектрикии баръаксро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад.
Дониши якҷояи Кюри дар бораи пироэлектрикӣ ва фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ боиси пешгӯии пироэлектрикӣ ва қобилияти пешгӯии рафтори кристалл гардид. Ин дар таъсири кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди най ва намаки Рошел нишон дода шудааст.
Кюрихо мав-чудияти эффекти баръаксро фавран тасдик карда, барои ба даст овардани далели микдори дар бораи пурра баргардонидани деформацияхои электро-эласто-механики дар кристаллхои пьезоэлектрикй гузаштанд. Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, то он даме, ки он як воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри гардид.
Пьезоэлектрикӣ барои бисёр барномаҳои муфид, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддати барқ, генераторҳои соатӣ ва дастгоҳҳои электронӣ, микробалансҳо, соплоҳои ултрасадоӣ, фокуси ултранафии ассамблеяҳои оптикӣ ва шаклҳо истифода мешавад. асоси сканкунии микроскопҳои зондӣ барои ҳалли тасвирҳо дар миқёси атомҳо.
Пьезоэлектрикӣ инчунин истифодаи ҳамарӯзаро пайдо мекунад, ба монанди тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва эффекти пироэлектрикӣ, ки дар он мавод дар посух ба тағирёбии ҳарорат потенсиали электрикӣ тавлид мекунад.
Рушди сонар дар давоми Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ истифодаи кристаллҳои пьезоэлектрикиро дид, ки аз ҷониби Laboratories Bell Telephone таҳия шудааст. Ин ба нерӯҳои ҳавоии муттаҳид имкон дод, ки бо истифода аз радиои авиатсия ба ҳамлаҳои оммавии ҳамоҳангшуда машғул шаванд. Рушди дастгоҳҳо ва маводҳои пьезоэлектрикӣ дар Иёлоти Муттаҳида ширкатҳоро дар рушди оғози ҷанг дар соҳаи манфиатҳо нигоҳ дошта, патентҳои фоидаоварро барои маводҳои нав таъмин карданд.
Ҷопон барномаҳои нав ва рушди саноати пьезоэлектрикии Иёлоти Муттаҳидаро дид ва зуд худро таҳия кард. Онҳо зуд маълумот мубодила карданд ва титанати барий ва баъдтар маводи титанати сирконати сурбдорро бо хосиятҳои мушаххас барои барномаҳои мушаххас таҳия карданд.
Пьезоэлектрикӣ аз замони кашфи худ дар соли 1880 роҳи дуреро тай кардааст ва ҳоло дар барномаҳои гуногуни ҳаррӯза истифода мешавад. Он инчунин барои пешрафт дар таҳқиқоти маводҳо, аз қабили рефлексометрҳои домени ултрасадоӣ, ки набзи ултрасадоро тавассути мавод барои чен кардани инъикосҳо ва қатъиятҳо барои дарёфти камбудиҳо дар дохили ашёи металлӣ ва сангӣ мефиристанд, истифода бурда мешавад, ки бехатарии сохторро беҳтар мекунад.
Чӣ тавр Piezoelectricity кор мекунад
Дар ин бахш, ман мефаҳмам, ки чӣ тавр пьезоэлектрикӣ кор мекунад. Ман ба ҷамъшавии зарядҳои электрикӣ дар ҷисмҳои сахт, таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ ва раванди баръакс, ки ин падидаро ташкил медиҳанд, дида мебароям. Ман инчунин таърихи пьезоэлектрикӣ ва татбиқи онро муҳокима мекунам.
Ҷамъшавии зарядҳои барқӣ дар ҷисмҳои сахт
Пьезоэлектрикӣ заряди барқест, ки дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристаллҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК ҷамъ мешавад. Ин вокуниш ба фишори механикии татбиқшаванда аст ва номи он аз калимаҳои юнонии “piezein” (фишурдан ё пахш кардан) ва “ēlektron” (янтар) омадааст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ аз таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикӣ дар маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия ба вуҷуд меояд. Ин як раванди баръакс аст, яъне маънои онро дорад, ки маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин таъсири пьезоэлектрикии баръаксро нишон медиҳанд, ки дар он тавлиди дохилии шиддати механикӣ аз майдони электрикии татбиқшаванда ба вуҷуд меояд. Намунаҳои маводе, ки пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд, кристаллҳои титанати цирконати сурб доранд.
Физикҳои фаронсавӣ Пьер ва Жак Кюри соли 1880 пьезоэлектрикиро кашф карданд. Аз он вақт инҷониб он барои барномаҳои гуногуни муфид, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддати барқ, генераторҳои соат ва дастгоҳҳои электронӣ ба монанди микробалансҳо истифода мешуд. ва соплоҳои ултрасадоро барои тамаркузи ултранафии анҷуманҳои оптикӣ меронем. Он инчунин асоси микроскопҳои сканкунии зондро ташкил медиҳад, ки метавонанд тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунанд. Пьезоэлектрикӣ инчунин дар пикапҳо барои гитараҳои электронии пурқувватшуда ва триггерҳо барои барабанҳои электронии муосир истифода мешавад.
Пьезоэлектрикӣ истифодаи ҳамарӯзаро дар тавлиди шарораҳо барои оташ задани газ, дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва эффекти пироэлектрикӣ пайдо мекунад, ки дар он мавод дар посух ба тағирёбии ҳарорат потенсиали электрикӣ тавлид мекунад. Инро Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 омӯхта, ба донишҳои Рене Ҳаюй ва Антуан Сезар Беккерел, ки робитаи байни фишори механикӣ ва заряди барқро муайян кардаанд, омӯхтанд. Тачрибахо бенатича нишон доданд.
Намоиши кристалл пьезо дар компенсатори Кюри дар Осорхонаи Ҳунтериан Шотландия намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикӣ мебошад. Бародарон Пьер ва Жак Кюри дониши худро дар бораи пироэлектрикӣ бо фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ, ки пешгӯии пироэлектрикӣ ба вуҷуд овард, муттаҳид карданд. Онҳо тавонистанд рафтори кристаллро пешгӯӣ кунанд ва таъсирро дар кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди камиш ва намаки Рошел нишон доданд. Тетрагидрати натрий тартрати калий ва кварц низ пьезоэлектрикӣ нишон доданд. Диски пьезоэлектрикӣ ҳангоми деформатсия шиддат тавлид мекунад ва тағирёбии шакл дар намоиши Кюриҳо хеле муболиға карда шудааст.
Онҳо тавонистанд, ки эффекти баръакси пьезоэлектрикиро пешгӯӣ кунанд ва эффекти баръаксро соли 1881 Габриэл Липпман ба таври риёзӣ муайян кард. Кюриҳо дарҳол мавҷудияти эффекти баръаксро тасдиқ карданд ва барои ба даст овардани далели миқдории бозгашти пурраи электроэласто- деформатсияи механикӣ дар кристаллҳои пьезоэлектрикӣ.
Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, аммо он воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри буд. Кори онҳо оид ба омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристалл, ки пьезоэлектрикӣ нишон доданд, дар нашри Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт ба анҷом расид, ки дар он синфҳои кристаллҳои табиии қобилияти пьезоэлектрикӣ тавсиф карда шудаанд ва тавассути таҳлили доимии пьезоэлектрикӣ дақиқ муайян карда шудаанд. Ин истифодаи амалии дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ буд ва сонар дар давраи Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ таҳия карда шуд. Дар Фаронса Пол Лангевин ва ҳамкорони ӯ детектори ултрасадои зериобиро таҳия карданд.
Детектор иборат аз а трансформатор аз кристаллхои тунуки кварц, ки ба плитахои пулодй эхтиёткорона часпонида шудаанд, ва гидрофон барои муайян кардани акси акси баргашта. Бо баровардани баланд басомад набзро аз трансдуктор чен карда, вакти шунидани акси садои мавчхои садоро, ки аз болои объект бармехурад, чен карда, масофаро то объект хисоб карда тавонистанд. Онҳо пьезоэлектрикиро барои муваффақ шудан ба сонар истифода бурданд ва лоиҳа рушди шадид ва таваҷҷӯҳро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард. Дар тӯли даҳсолаҳо, маводи нави пьезоэлектрикӣ ва барномаҳои нав барои маводҳо омӯхта ва таҳия карда шуданд ва дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ дар соҳаҳои гуногун хона пайдо карданд. Картриджҳои фонографии сафолӣ тарҳи плеерро содда карда, барои плеерҳои арзон ва дақиқи сабт, ки нигоҳдорӣ арзонтар ва сохтан осонтар буд, сохтанд.
Инкишофи табдилдиҳандаҳои ултрасадо имкон дод, ки часпакӣ ва чандирии моеъҳо ва ҷисмҳои сахтро ба осонӣ чен карда, дар таҳқиқоти мавод пешрафти бузург ба даст овард.
Таъсири хаттии электромеханикӣ
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои тавлиди заряди электрикӣ ҳангоми дучор шудан ба фишори механикӣ мебошад. Ин вожа аз калимаҳои юнонии πιέζειν (piezein) ба маънои “фишурдан ё пахш кардан” ва ἤλεκτρον (ēlektron) ба маънои “янтар”, ки манбаи қадимии заряди барқ буд, гирифта шудааст.
Пьезоэлектрикӣ соли 1880 аз ҷониби физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри кашф карда шуданд. Он ба таъсири мутақобилаи хаттии электромеханики байни ҳолати механикӣ ва электрикии маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия асос ёфтааст. Ин таъсир баръакс аст, яъне маънои онро дорад, ки маводе, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин таъсири пьезоэлектрикии баръакс нишон медиҳанд, ки дар натиҷа тавлиди дохилии шиддати механикӣ аз майдони электрикии татбиқшаванда ба вуҷуд меояд. Намунаҳои маводҳое, ки ҳангоми деформатсия аз сохтори статикии худ пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд, кристаллҳои титанати сирконати сурб мебошанд. Баръакс, кристаллҳо метавонанд андозаи статикии худро ҳангоми татбиқи майдони электрикии беруна тағйир диҳанд, ки он ҳамчун эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ маълум аст ва дар истеҳсоли мавҷҳои ултрасадо истифода мешавад.
Пьезоэлектрикӣ барои барномаҳои гуногуни муфид истифода шудааст, ба монанди:
• Истеҳсол ва дарёфти садо
• Чопкунии пьезоэлектрикӣ
• Истеҳсоли нерӯи барқи баландшиддат
• Генератори соат
• Дастгоҳҳои электронӣ
• Микробаланс
• Соплоҳои ултрасадоро биронед
• Анҷуманҳои оптикии фокуси ултраҷазира
• Асоси микроскопҳои сканкунии зондро барои ҳалли тасвирҳо дар миқёси атомҳо ташкил медиҳад
• Пикапҳо дар гитараҳои ба таври электронӣ пурқувватшуда
• Триггерҳо дар барабанҳои электронии муосир
• Истеҳсоли шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ
• Машъалхо ва оташакхои сигор
Пьезоэлектрикӣ инчунин истифодаи ҳамарӯзаро дар эффекти пироэлектрикӣ пайдо мекунад, ки маводест, ки дар посух ба тағирёбии ҳарорат потенсиали электрикӣ тавлид мекунад. Инро Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 омӯхта, ба донишҳои Рене Ҳаюй ва Антуан Сезар Беккерел, ки робитаи байни фишори механикӣ ва заряди барқро муайян кардаанд, омӯхтанд. Бо вуҷуди ин, таҷрибаҳо бефоида буданд.
Намоиши кристалл пьезо дар компенсатори Кюри дар Осорхонаи Ҳантериан Шотландия намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикӣ мебошад. Маҳз кори бародарон Пьер ва Жак Кюри буд, ки сохторҳои кристалиро, ки пьезоэлектрикӣ нишон медоданд, омӯхта ва муайян карданд, ки бо нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт анҷом ёфт. Ин синфҳои кристалии табииро тавсиф карда, ки қобилияти пьезоэлектрикӣ доранд ва константаҳои пьезоэлектрикиро тавассути таҳлили тензорӣ дақиқ муайян карданд, ки ба истифодаи амалии дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ оварда мерасонанд.
Sonar дар давоми Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ, вақте ки Пол Лангевин аз Фаронса ва ҳамкорони ӯ як детектори ултрасадои зериобиро таҳия карданд, таҳия карда шуд. Ин детектор аз табдилдиҳандаи аз кристаллҳои тунуки кварц сохташуда, ки ба плитаҳои пулодӣ бодиққат часпонида шудааст ва гидрофон барои муайян кардани акси садои баргардонидашуда пас аз баровардани импулси басомади баланд аз табдилдиҳанда иборат буд. Бо чен кардани вақти шунидани акси садои мавҷҳои садо, ки аз объект бармехезад, онҳо тавонистанд масофаи объектро бо истифода аз пьезоэлектрикӣ ҳисоб кунанд. Муваффақияти ин лоиҳа дар тӯли даҳсолаҳо рушд ва таваҷҷӯҳи шадидро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард, ки маводи нави пьезоэлектрикӣ ва барномаҳои нав барои ин маводҳо омӯхта ва таҳия карда шуданд. Дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ дар бисёр соҳаҳо хонаҳо пайдо карданд, ба монанди картриджҳои фонографии сафолӣ, ки тарҳи плеерро соддатар карда, барои плеерҳои арзонтар ва дақиқтар ва арзонтар ва осонтар сохтан ва нигоҳдорӣ карданд.
Инкишофи табдилдиҳандаҳои ултрасадо имкон дод, ки часпакӣ ва чандирии моеъҳо ва ҷисмҳои сахтро ба осонӣ чен карда, дар таҳқиқоти мавод пешрафти бузург ба даст овард. Рефлексометрҳои домени вақти ултрасадо набзи ултрасадоро ба мавод мефиристанд ва инъикосҳо ва қатъиятҳоро барои дарёфти камбудиҳо дар дохили ашёи металлӣ ва сангӣ чен мекунанд ва бехатарии сохторро беҳтар мекунанд. Пас аз Ҷанги Дуюми Ҷаҳонӣ, гурӯҳҳои таҳқиқотии мустақил дар Иёлоти Муттаҳида, Русия ва Ҷопон як синфи нави маводи синтетикиро кашф карданд, ки ферроэлектрикҳо ном доранд, ки константаҳои пьезоэлектрикиро нисбат ба маводи табиӣ чандин маротиба зиёдтар нишон медиҳанд. Ин боиси таҳқиқоти пуршиддат оид ба таҳияи титанати барий ва баъдтар титанати сирконати сурб, маводҳои дорои хосиятҳои хос барои барномаҳои мушаххас гардид.
Намунаи назарраси истифодаи кристаллҳои пьезоэлектрикӣ аз ҷониби Laboratories Bell Telephone пас аз Ҷанги Дуюми Ҷаҳонӣ таҳия шудааст. Фредерик Р. Лак, дар шӯъбаи муҳандисии радиотелефония кор мекунад,
Раванди баргардонидашаванда
Пьезоэлектрикӣ як заряди барқест, ки дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристалҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ, ба монанди устухон ва ДНК ҷамъ мешавад. Ин вокуниши ин маводҳо ба фишори механикии амалӣ мебошад. Калимаи "пьезоэлектрикӣ" аз калимаҳои юнонии "piezein" ба маънои "фишурдан" ё "пресс" ва "ēlektron" ба маънои "янтар", манбаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ аз таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикии маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия ба вуҷуд меояд. Ин як раванди бозгаштшаванда аст, яъне маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин таъсири пьезоэлектрикии баръаксро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад. Намунаҳои маводе, ки пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд, кристаллҳои титанати сурконати цирконатро дар бар мегиранд. Вақте ки сохтори статикии ин кристаллҳо деформатсия карда мешаванд, онҳо ба андозаи аввалаи худ бармегарданд ва баръакс, ҳангоми ба кор андохтани майдони электрикии беруна андозаи статикии худро тағир дода, мавҷҳои ултрасадоҳоро ба вуҷуд меоранд.
Физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри соли 1880 пьезоэлектрикиро кашф карданд. Аз он вақт инҷониб он барои барномаҳои гуногуни муфид, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддат, генераторҳои соатӣ, дастгоҳҳои электронӣ, микробалансҳо, гардонандаи соплоҳои ултрасадо, ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултраҷазира. Он инчунин барои сканкунии микроскопҳои зондӣ, ки метавонад тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунад, асосро ташкил медиҳад. Пьезоэлектрикӣ инчунин дар пикапҳо барои гитараҳои электронии пурқувватшуда ва триггерҳо барои барабанҳои электронии муосир истифода мешавад.
Пьезоэлектрикӣ инчунин истифодаи ҳамарӯзаро пайдо мекунад, ба монанди тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва ғайра. Таъсири пироэлектрикӣ, ки дар он мавод дар посух ба тағирёбии ҳарорат потенсиали электрикӣ тавлид мекунад, аз ҷониби Карл Линней, Франц Аепинус ва Рене Ҳаюй дар миёнаҳои асри 18 ба дониш дар бораи янтар омӯхта шуда буданд. Антуан Сезар Беккерел робитаи байни фишори механикӣ ва заряди барқро муайян кард, аммо таҷрибаҳо бефоида буданд.
Меҳмонони осорхонаи шикорчиён дар Глазго метавонанд компенсатори Пьезо Кристал Кюриро тамошо кунанд, ки намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикии бародарон Пьер ва Жак Кюри мебошад. Якҷоя кардани дониши онҳо дар бораи пироэлектрикӣ бо фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ боиси пешгӯии пироэлектрикӣ ва қобилияти пешгӯии рафтори кристалл гардид. Ин бо таъсири кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди най ва намаки Рошел нишон дода шуд. Тетрахидрати натрий ва калий тартрат ва кварц низ пьезоэлектрикӣ нишон доданд ва диски пьезоэлектрикӣ барои тавлиди шиддат ҳангоми деформатсия истифода мешуд. Ин тағирёбии шакл аз ҷониби Кюриҳо барои пешгӯии эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ хеле муболиға карда шуд. Таъсири баръакс аз принсипҳои асосии термодинамикӣ аз ҷониби Габриэл Липпман дар соли 1881 ба таври математикӣ бароварда шуд.
Кюрихо мав-чудияти эффекти баръаксро фавран тасдик карда, барои ба даст овардани далели микдори дар бораи пурра баргардонидани деформацияхои электро-эласто-механики дар кристаллхои пьезоэлектрикй гузаштанд. Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, аммо он воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри буд. Кори онҳо барои омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристалл, ки пьезоэлектрикиро намоиш медоданд, дар нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт ба анҷом расид. Ин синфҳои кристалии табииро тавсиф кард, ки қобилияти пьезоэлектрикӣ доранд ва бо истифода аз таҳлили тензор константаҳои пьезоэлектрикиро дақиқ муайян карданд.
Истифодаи амалии дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ, аз қабили сонар, дар давраи Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ таҳия карда шуд. Дар Фаронса Пол Лангевин ва ҳамкорони ӯ детектори ултрасадои зериобиро таҳия карданд. Ин детектор аз табдилдиҳандаи аз кристаллҳои тунуки кварц сохташуда, ки ба плитаҳои пӯлод бодиққат часпонида шудааст ва гидрофон барои муайян кардани акси садои баргардонидашуда иборат буд. Тавассути баровардани импульси басомади баланд аз табдилдиҳанда ва чен кардани вақти шунидани акси садои мавҷҳои садо, ки аз объект бармехезанд, онҳо тавонистанд масофаи объектро ҳисоб кунанд. Онхо барои бомуваффакият кор кардани ин сонар аз кувваи пьезоэлектрик истифода бурданд. Лоиҳаи мазкур таваҷҷуҳи шадидро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард ва дар тӯли даҳсолаҳо маводҳои нави пьезоэлектрикӣ ва барномаҳои нав барои ин маводҳо омӯхта ва таҳия карда шуданд. Дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ
Пьезоэлектрикӣ чӣ сабаб мешавад?
Дар ин бахш, ман пайдоиши пьезоэлектрикӣ ва маводҳои гуногунеро, ки ин падидаро намоиш медиҳанд, меомӯзам. Ман ба калимаи юнонии 'piezein', манбаи қадимии заряди барқ ва эффекти пироэлектрикӣ назар мекунам. Ман инчунин дар бораи кашфиёти Пьер ва Жак Кюри ва таҳияи дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ дар асри 20 сӯҳбат хоҳам кард.
Калимаи юнонӣ Piezein
Пьезоэлектрикӣ ҷамъшавии заряди барқ дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристалҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК мебошад. Он аз вокуниши ин маводҳо ба фишори механикии истифодашуда ба вуҷуд омадааст. Калимаи пьезоэлектрикӣ аз калимаи юнонии “piezein” гирифта шуда, маънояш “фишурдан ё пахш кардан” ва “ēlektron”, ки маънояш “янтар”, манбаи қадимии заряди барқ аст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ аз таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикии маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия ба вуҷуд меояд. Ин як раванди баръакс аст, яъне маънои онро дорад, ки маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин таъсири пьезоэлектрикии баръаксро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад. Масалан, кристаллҳои титанати сирконати сурб вақте ки сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ деформатсия мешавад, пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Баръакс, кристалҳо метавонанд андозаи статикии худро ҳангоми татбиқи майдони электрикии беруна, ки ҳамчун эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ меноманд ва тавлиди мавҷҳои ултрасадоӣ меноманд, тағир диҳад.
Физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри соли 1880 пьезоэлектрикиро кашф карданд. Таъсири пьезоэлектрикӣ барои бисёр барномаҳои муфид, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддати барқ, генераторҳои соат ва дастгоҳҳои электронӣ ба монанди микробалансҳо истифода шудааст. , гардонандаи соплоҳои ултрасадо ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултранафи. Он инчунин асоси микроскопҳои сканкунии зондро ташкил медиҳад, ки метавонанд тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунанд. Пьезоэлектрикӣ инчунин дар пикапҳо барои гитараҳои электронии пурқувватшуда ва триггерҳо барои барабанҳои электронии муосир истифода мешавад.
Пьезоэлектрикӣ истифодаи ҳамарӯзаро пайдо мекунад, ба монанди тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва ғайра. Эффекти пироэлектрикӣ, ки тавлиди потенсиали электрикӣ дар посух ба тағирёбии ҳарорат аст, аз ҷониби Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 ба донишҳои Рене Ҳаюй ва Антуан Сезар Беккерел, ки робитаи байни онҳо вуҷуд дорад, омӯхта шуданд. фишори механикӣ ва заряди барқ. Тачрибахо бенатича нишон доданд.
Дар осорхонаи Шотландия меҳмонон метавонанд компенсатори пьезокристалл Кюриро тамошо кунанд, ки намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикии бародарон Пьер ва Жак Кюри мебошад. Якҷоя кардани дониши онҳо дар бораи пироэлектрикӣ бо фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ боиси пешгӯии пироэлектрикӣ ва қобилияти пешгӯии рафтори кристалл гардид. Ин бо таъсири кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди най ва намаки Рошел нишон дода шудааст. Тетрагидрати калий тартрати натрий ва кварц аз намаки Рошел пьезоэлектрикӣ нишон доданд ва диски пьезоэлектрикӣ ҳангоми деформатсия шиддат тавлид мекунад. Ин дигаргунии шакл дар намоиши Кюрихо хеле муболига карда шудааст.
Кюрихо барои ба даст овардани далели миқдорӣ дар бораи пурра баргардонидани деформацияҳои электро-эласто-механикӣ дар кристаллҳои пьезоэлектрикӣ идома доданд. Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, то он даме, ки он як воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри гардид. Кори онҳо барои омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристалл, ки пьезоэлектрикиро намоиш медоданд, дар нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт ба анҷом расид. Ин синфҳои кристалии табииро тавсиф кард, ки қобилияти пьезоэлектрикӣ доранд ва константаҳои пьезоэлектриро тавассути таҳлили тензорӣ дақиқ муайян карданд.
Ин татбиқи амалии пьезоэлектрикӣ боиси рушди сонар дар давоми Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ гардид. Дар Фаронса Пол Лангевин ва ҳамкорони ӯ детектори ултрасадои зериобиро таҳия карданд. Детектор аз табдилдиҳандаи аз кристаллҳои тунуки кварц сохташуда иборат буд, ки ба плитаҳои пӯлодӣ бодиққат часпонида шуда буд, ки онро гидрофон меноманд, то акси садои баргаштаро пас аз баровардани импулси басомади баланд муайян кунад. Табдилдиҳанда вақти шунидани акси садои мавҷҳои садоро, ки аз объект бармехӯрад, барои ҳисоб кардани масофаи объект чен кард. Истифодаи пьезоэлектрикӣ дар сонар бомуваффақият буд ва лоиҳа дар тӯли даҳсолаҳо рушди шадид ва таваҷҷӯҳро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард.
Маводҳои нави пьезоэлектрикӣ ва барномаҳои нав барои ин маводҳо омӯхта ва таҳия карда шуданд ва дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ дар бисёр соҳаҳо хона пайдо карданд, ба монанди картриджҳои фонографии сафолӣ, ки тарҳи плеерро соддатар карданд ва плеерҳои арзонтар ва дақиқтареро фароҳам оварданд, ки нигоҳдорӣ арзонтар ва осонтар буданд. сохтан. Инкишофи
Манбаи қадимии заряди барқ
Пьезоэлектрикӣ заряди барқест, ки дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристаллҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК ҷамъ мешавад. Он дар натиҷаи вокуниши мавод ба фишори механикии татбиқшаванда ба амал меояд. Калимаи «пьезоэлектрикӣ» аз калимаи юнонии «piezein», ки маънояш «фишурдан ё пахш кардан» ва калимаи «электрон», ки маънояш «янтар» аст, сарчашмаи қадимии заряди барқ аст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ аз таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикии маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия ба вуҷуд меояд. Ин як раванди баръакс аст, яъне маънои онро дорад, ки маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин таъсири пьезоэлектрикии баръаксро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад. Масалан, кристаллҳои титанати сирконати сурб вақте ки сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ деформатсия мешавад, пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Баръакс, ҳангоми ба кор бурдани майдони электрикии беруна, кристаллҳо андозаи статикии худро дар таъсири пьезоэлектрикии баръакс тағир дода, мавҷҳои ултрасадо ба вуҷуд меоранд.
Таъсири пьезоэлектрикӣ соли 1880 аз ҷониби физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри кашф карда шуд. Он барои барномаҳои гуногуни муфид, аз ҷумла истеҳсол ва ошкор кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддат, генераторҳои соатӣ ва дастгоҳҳои электронӣ ба монанди микробалансҳо ва соплоҳои ултрасадоӣ барои тамаркузи ултранафии маҷмӯаҳои оптикӣ истифода мешавад. Он инчунин барои сканкунии микроскопҳои зондӣ, ки барои ҳалли тасвирҳо дар миқёси атомҳо истифода мешаванд, асосро ташкил медиҳад. Пьезоэлектрикӣ инчунин дар пикапҳо барои гитараҳои электронии пурқувватшуда ва триггерҳо барои барабанҳои электронии муосир истифода мешавад.
Пьезоэлектрикӣ истифодаи ҳамарӯзаро дар тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва ғайра пайдо мекунад. Таъсири пироэлектрикӣ, ки тавлиди потенсиали электрикӣ дар посух ба тағирёбии ҳарорат аст, аз ҷониби Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 ба донишҳои Рене Ҳаюй ва Антуан Сезар Беккерел, ки робитаи байни механикӣ муайян кардаанд, омӯхта шуданд. стресс ва заряди барқ. Бо вуҷуди ин, таҷрибаҳои онҳо натиҷа надод.
Намоиши кристалл пьезо ва компенсатори Кюри дар Осорхонаи Ҳантериан Шотландия таъсири мустақими пьезоэлектрикиро нишон медиҳад. Маҳз кори бародарон Пьер ва Жак Кюри буд, ки сохторҳои кристалиро, ки пьезоэлектрикӣ нишон медоданд, омӯхта ва муайян карданд, ки бо нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт анҷом ёфт. Ин синфҳои кристаллҳои табииро тавсиф карда, ки қобилияти пьезоэлектрикӣ доранд ва константаҳои пьезоэлектрикиро тавассути таҳлили тензорӣ дақиқ муайян карданд, ки барои татбиқи амалии дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ имкон медиҳанд.
Sonar дар давоми Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ аз ҷониби Фаронса Пол Лангевин ва ҳамкорони ӯ, ки детектори ултрасадои зериобиро таҳия кардаанд, таҳия карда шуданд. Детектор аз трансдукторе иборат буд, ки аз кристаллхои тунуки кварц, ки ба плитахои пулодй эхтиёткорона часпонида шудаанд, ва гидрофон барои муайян кардани акси акси баргардонидашуда иборат буд. Тавассути баровардани импульси басомади баланд аз табдилдиҳанда ва чен кардани вақти шунидани акси садои мавҷҳои садо, ки аз объект бармехезанд, онҳо тавонистанд масофаи то объектро ҳисоб кунанд. Онхо барои бомуваффакият кор кардани ин сонар аз кувваи пьезоэлектрик истифода бурданд. Лоиҳа дар тӯли даҳсолаҳо рушди шадид ва таваҷҷӯҳро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард.
Пироэлектрикӣ
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои ҷамъ кардани заряди барқ дар ҷавоб ба фишори механикӣ мебошад. Ин таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикии маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия мебошад. Калимаи «пьезоэлектрикӣ» аз калимаи юнонии «piezein» гирифта шудааст, ки маънояш «фишурдан ё пахш кардан» ва калимаи юнонии «ēlektron», ки маънояш «янтар», манбаи қадимии заряди барқ аст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ аз ҷониби физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри соли 1880 кашф карда шуд. Ин як раванди баръакс аст, яъне маводҳое, ки эффекти пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин эффекти баръакси пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшуда мебошад. Намунаҳои маводе, ки пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд, кристаллҳои титанати сурконати цирконатро дар бар мегиранд. Вақте ки сохтори статикӣ деформатсия мешавад, он ба андозаи аслии худ бармегардад. Баръакс, ҳангоми ба кор андохтани майдони электрикии беруна, таъсири пьезоэлектрикии баръакс ба вуҷуд меояд, ки дар натиҷа мавҷҳои ултрасадо ба вуҷуд меоянд.
Таъсири пьезоэлектрикӣ барои бисёр барномаҳои муфид истифода мешавад, аз ҷумла истеҳсол ва ошкор кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддат, генераторҳои соат ва дастгоҳҳои электронӣ ба монанди микробалансҳо, соплоҳои ултрасадоӣ ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултранафи. Он инчунин барои сканкунии микроскопҳои зондӣ, ки барои ҳалли тасвирҳо дар миқёси атомҳо истифода мешаванд, асос мебошад. Пьезоэлектрикӣ инчунин дар пикапҳо барои гитараҳои электронии пурқувватшуда ва триггерҳо барои барабанҳои электронии муосир истифода мешавад.
Пьезоэлектрикӣ истифодаи ҳамарӯзаро пайдо мекунад, ба монанди тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва ғайра. Таъсири пироэлектрикӣ, ки тавлиди потенсиали электрикӣ дар посух ба тағирёбии ҳарорат аст, аз ҷониби Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 ба донишҳои Рене Ҳаюй ва Антуан Сезар Беккерел, ки муносибатҳои худро нишон дода буданд, омӯхтанд. байни фишори механикӣ ва заряди барқ. Бо вуҷуди ин, таҷрибаҳо бефоида буданд.
Намоиши кристалл пьезо дар Осорхонаи компенсатори Кюри дар Шотландия намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикӣ мебошад. Бародарон Пьер ва Жак Кюри дониши худро дар бораи пироэлектрикӣ ва фаҳмиши онҳо дар бораи сохторҳои кристаллӣ муттаҳид карданд, то дарки пироэлектрикӣ ва пешгӯии рафтори кристаллро ба вуҷуд оранд. Ин дар таъсири кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди най ва намаки Рошел нишон дода шудааст. Муайян карда шуд, ки тетрагидрати калийи тартрат ва кварц пьезоэлектрикӣ нишон медиҳанд ва диски пьезоэлектрикӣ барои тавлиди шиддат ҳангоми деформатсия истифода мешуд. Инро Кюриҳо барои пешгӯии эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ хеле муболиға карданд. Таъсири баръакс аз ҷониби Габриэл Липпман дар соли 1881 аз ҷониби принсипҳои асосии термодинамикӣ ба таври математикӣ бароварда шуд.
Кюрихо мав-чудияти эффекти баръаксро фавран тасдик карда, барои ба даст овардани далели микдори дар бораи пурра баргардонидани деформацияхои электро-эласто-механики дар кристаллхои пьезоэлектрикй гузаштанд. Дар даҳсолаҳои минбаъда, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, то он даме, ки он як воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри гардид. Кори онҳо барои омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристалл, ки пьезоэлектрикиро намоиш медоданд, дар нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт ба анҷом расид.
Инкишофи сонар бомуваффақият буд ва лоиҳа рушди шадид ва таваҷҷӯҳро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард. Дар давоми дахсолахои минбаъда материалхои нави пьезоэлектрикй ва истифодаи нави ин материалхо тадкик ва кор карда баромада шуданд. Таҷҳизоти пьезоэлектрикӣ дар бисёр соҳаҳо хонаҳо пайдо карданд, ба монанди картриджҳои фонографии сафолӣ, ки тарҳи плеерро соддатар карданд ва плеерҳои арзонтар ва дақиқтареро фароҳам оварданд, ки нигоҳдорӣ арзонтар ва сохтан осонтар буданд. Рушди табдилдиҳандаҳои ултрасадо имкон дод, ки часпакӣ ва чандирии моеъҳо ва ҷисмҳои сахт чен карда шавад, ки дар натиҷа дар таҳқиқоти мавод пешрафтҳои бузург ба даст оварда шуданд. Рефлексометрҳои домени вақти ултрасадо набзи ултрасадоро ба мавод мефиристанд ва инъикосҳо ва қатъиятҳоро барои дарёфти камбудиҳо дар дохили ашёи металлӣ ва сангӣ чен мекунанд ва бехатарии сохторро беҳтар мекунанд.
Пас аз Ҷанги Дуюми Ҷаҳонӣ, гурӯҳҳои мустақили тадқиқотӣ дар Иёлоти Муттаҳида, Русия ва Ҷопон як синфи нави маводи синтетикиро кашф карданд, ки ферроэлектрикҳо ном доранд, ки константҳои пьезоэлектрикиро нишон доданд.
Маводҳои пьезоэлектрикӣ
Дар ин бахш, ман маводҳоеро муҳокима хоҳам кард, ки эффекти пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, ки қобилияти баъзе маводҳо барои ҷамъ кардани заряди барқ дар ҷавоб ба фишори механикии татбиқшаванда мебошад. Ман ба кристаллҳо, сафолҳо, моддаҳои биологӣ, устухон, ДНК ва сафедаҳо ва чӣ гуна ҳамаи онҳо ба эффекти пьезоэлектрикӣ ҷавоб медиҳанд.
кристаллњо
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои ҷамъ кардани заряди барқ дар ҷавоб ба фишори механикӣ мебошад. Калимаи пьезоэлектрикӣ аз калимаҳои юнонии πιέζειν (piezein) ба маънои "фишурдан" ё "пресс" ва ἤλεκτρον (ēlektron) ба маънои "янтар", манбаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст. Ба маводи пьезоэлектрикӣ кристаллҳо, сафолҳо, моддаҳои биологӣ, устухон, ДНК ва сафедаҳо дохил мешаванд.
Пьезоэлектрикӣ як таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикӣ дар маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия мебошад. Ин таъсир баръакс аст, яъне маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин эффекти баръакси пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад. Намунаҳои маводҳое, ки пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд, кристаллҳои титанати сурконати цирконатро дар бар мегиранд, ки метавонанд ба андозаи аслии худ деформатсия карда шаванд ё баръакс андозаи статикии худро ҳангоми татбиқи майдони электрикии беруна тағйир диҳанд. Ин ҳамчун эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ маълум аст ва барои тавлиди мавҷҳои ултрасадо истифода мешавад.
Физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри соли 1880 пьезоэлектрикиро кашф карданд. Таъсири пьезоэлектрикӣ барои барномаҳои гуногуни муфид, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддати барқ, генераторҳои соатӣ ва дастгоҳҳои электронӣ ба монанди истифода бурда шуд. ҳамчун микробалансҳо, гардонандаи соплоҳои ултрасадо ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултранафи. Он инчунин барои сканкунии микроскопҳои зондӣ, ки барои ҳалли тасвирҳо дар миқёси атомҳо истифода мешаванд, асосро ташкил медиҳад. Пикапҳои пьезоэлектрикӣ инчунин дар гитараҳои электронии пурқувватшуда ва триггерҳо дар барабанҳои электронии муосир истифода мешаванд.
Пьезоэлектрикӣ истифодаи ҳамарӯзаро дар тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, инчунин дар машъалҳо ва оташакҳои сигор истифода мебарад. Эффекти пироэлектрикӣ, ки тавлиди потенсиали электрикӣ дар посух ба тағирёбии ҳарорат аст, аз ҷониби Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 омӯхта шуда, ба донишҳои Рене Ҳаюй ва Антуан Сезар Беккерел, ки робитаи байни механикиро пешниҳод кардаанд, омӯхтанд. стресс ва заряди барқ. Таҷрибаҳо барои исботи ин назария бенатиҷа буданд.
Намоиши кристалл пьезо дар компенсатори Кюри дар Осорхонаи Ҳунтериан Шотландия намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикӣ мебошад. Бародарон Пьер ва Жак Кюри дониши худро дар бораи пироэлектрикӣ бо фаҳмиши сохторҳои кристаллии зеризаминӣ муттаҳид карда, пешгӯии пироэлектриро ба вуҷуд оварданд. Онҳо тавонистанд рафтори кристаллро пешгӯӣ кунанд ва таъсирро дар кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди камиш ва намаки Рошел нишон доданд. Тетрагидрати натрий тартрати калий ва кварц низ пьезоэлектрикӣ нишон доданд. Диски пьезоэлектрикӣ ҳангоми деформатсия шиддат тавлид мекунад; тагьир ёфтани шакл дар намоиши Кюрихо хеле муболига карда мешавад.
Онҳо инчунин тавонистанд эффекти баръакси пьезоэлектрикиро пешгӯӣ кунанд ва принсипҳои асосии термодинамикиро дар паси он ба таври математикӣ бароранд. Габриэл Липпман ин корро дар соли 1881 кард. Кюрихо дархол мавчудияти эффекти баръаксро тасдик карданд ва барои ба даст овардани далели микдори дар бораи баргардонидани пурраи деформацияхои электро-эласто-механики дар кристаллхои пьезоэлектрикй гузаштанд.
Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, аммо он воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри буд. Кори онҳо оид ба омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристаллӣ, ки пьезоэлектрикиро намоиш медоданд, дар нашри Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт ба анҷом расид, ки дар он синфҳои кристаллҳои табиии қобилияти пьезоэлектрикӣ тавсиф карда шудаанд ва бо истифода аз константаҳои пьезоэлектрикӣ дақиқ муайян карда шудаанд.
Истифодаи амалии дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ дар сонар дар давраи Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ таҳия карда шуд. Дар Фаронса Пол Лангевин ва ҳамкорони ӯ детектори ултрасадои зериобиро таҳия карданд. Ин детектор аз табдилдиҳандае иборат буд, ки аз кристаллҳои тунуки кварц ба плитаҳои пӯлод бодиққат часпонида шуда буд, ки онро гидрофон меноманд, то акси садои баргаштаро пас аз баровардани импулси басомади баланд муайян кунад. Бо чен кардани вақти шунидани акси садои мавҷҳои садо, ки аз объект бармехезад, онҳо тавонистанд масофаи то объектро ҳисоб кунанд. Ин истифодаи пьезоэлектрикӣ дар сонар бомуваффақият буд ва лоиҳа дар тӯли даҳсолаҳо рушд ва таваҷҷӯҳи шадидро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард.
Табакҳо
Маводҳои пьезоэлектрикӣ моддаҳои сахт мебошанд, ки дар ҷавоб ба фишори механикии татбиқшуда заряди барқ ҷамъ мекунанд. Пьезоэлектрикӣ аз калимаҳои юнонии πιέζειν (piezein) ба маънои "фишурдан" ё "пресс" ва ἤλεκτρον (ēlektron) ба маънои "янтар", манбаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст. Маводҳои пьезоэлектрикӣ дар барномаҳои гуногун, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ ва тавлиди нерӯи барқи баландшиддат истифода мешаванд.
Маводҳои пьезоэлектрикӣ дар кристаллҳо, сафолҳо, моддаҳои биологӣ, устухон, ДНК ва сафедаҳо мавҷуданд. Керамика маводи маъмултарини пьезоэлектрикӣ мебошанд, ки дар барномаҳои ҳаррӯза истифода мешаванд. Керамика аз омезиши оксидҳои металлӣ, аз қабили титанати сурконати сурб (PZT) сохта мешавад, ки то ҳарорати баланд гарм карда, як чизи сахтро ташкил медиҳанд. Керамика хеле устувор аст ва метавонад ба ҳарорат ва фишорҳои шадид тоб оварад.
Керамикаи пьезоэлектрикӣ дорои як қатор истифода мебошад, аз ҷумла:
• Истеҳсоли шарораҳо барои афрӯхтани газ барои хӯрокпазӣ ва дастгоҳҳои гармидиҳӣ, ба монанди машъалҳо ва оташакҳои сигор.
• Истеҳсоли мавҷҳои ултрасадо барои тасвири тиббӣ.
• Истеҳсоли нерӯи барқи баландшиддат барои генераторҳои соат ва дастгоҳҳои электронӣ.
• Эҷоди микробалансҳо барои истифода дар тарозуи дақиқ.
• Ронандаи соплоҳои ултрасадо барои тамаркузи ултрафинавии воҳидҳои оптикӣ.
• Ташаккул додани замина барои сканкунии микроскопҳои зондӣ, ки метавонанд тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунанд.
• Пикапҳо барои гитараҳои ба таври электронӣ пурқувватшуда ва триггерҳо барои барабанҳои электронии муосир.
Керамикаи пьезоэлектрикӣ дар доираи васеи барномаҳо, аз электроникаи маишӣ то тасвири тиббӣ истифода мешавад. Онҳо хеле устуворанд ва метавонанд ба ҳарорат ва фишорҳои шадид тоб оваранд, ки онҳоро барои истифода дар соҳаҳои гуногуни саноат беҳтарин мегардонанд.
Мавзӯи биологӣ
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои ҷамъ кардани заряди барқ дар ҷавоб ба фишори механикӣ мебошад. Он аз калимаи юнонии «piezein» гирифта шудааст, ки маънояш «фишурдан ё пахш кардан» ва «ēlektron», ки маънояш «янтар» аст, сарчашмаи қадимии заряди барқ аст.
Маводи биологӣ ба монанди устухон, ДНК ва сафедаҳо аз ҷумлаи маводҳое мебошанд, ки пьезоэлектрикӣ нишон медиҳанд. Ин таъсир баръакс аст, яъне маънои онро дорад, ки маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин эффекти баръакси пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад. Намунаҳои ин маводҳо кристаллҳои титанати сурконати цирконатро дар бар мегиранд, ки вақте ки сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ деформатсия карда мешавад, пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Баръакс, ҳангоми татбиқи майдони электрикии беруна, кристаллҳо андозаи статикии худро тағир дода, мавҷҳои ултрасадоро тавассути эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд меоранд.
Кашфи пьезоэлектрикӣ аз ҷониби физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри дар соли 1880 сохта шудааст. Аз он вақт инҷониб он барои барномаҳои гуногуни муфид истифода мешавад, ба монанди:
• Истеҳсол ва дарёфти садо
• Чопкунии пьезоэлектрикӣ
• Истеҳсоли нерӯи барқи баландшиддат
• Генератори соат
• Дастгоҳҳои электронӣ
• Микробаланс
• Соплоҳои ултрасадоро биронед
• Анҷуманҳои оптикии фокуси ултраҷазира
• Асоси микроскопҳои сканерии зондиро ташкил медиҳад
• Тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунед
• Пикапҳо дар гитараҳои ба таври электронӣ пурқувватшуда
• Триггерҳо дар барабанҳои электронии муосир
Пьезоэлектрик инчунин дар ашёи рӯзмарра, аз қабили дастгоҳҳои газпазӣ ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва ғайра истифода мешавад. Эффекти пироэлектрикӣ, ки тавлиди потенсиали электрикӣ дар посух ба тағирёбии ҳарорат аст, аз ҷониби Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 омӯхта шудааст. Бо такя ба донишҳои Рене Ҳаюй ва Антуан Сезар Беккерел, онҳо робитаи байни фишори механикӣ ва заряди барқро муайян карданд, аммо таҷрибаҳои онҳо натиҷа надод.
Намоиши кристалл пьезо дар компенсатори Кюри дар Осорхонаи Ҳунтериан Шотландия намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикӣ мебошад. Бародарон Пьер ва Жак Кюри дониши худро дар бораи пироэлектрикӣ ва фаҳмиши онҳо дар бораи сохторҳои кристаллӣ муттаҳид карданд, то пешгӯии пироэлектрикӣ ва пешгӯии рафтори кристаллро ба вуҷуд оранд. Ин бо таъсири кристаллҳо, аз қабили турмалин, кварц, топаз, қанди камиш ва намаки Рошел нишон дода шудааст. Тетрахидрати натрий ва калий тартрат ва кварц низ пьезоэлектрикӣ нишон доданд ва диски пьезоэлектрикӣ барои тавлиди шиддат ҳангоми деформатсия истифода мешуд. Ин таъсирро Кюриҳо барои пешгӯии эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ хеле муболиға карданд. Таъсири баръакс аз принсипҳои асосии термодинамикӣ аз ҷониби Габриэл Липпман дар соли 1881 ба таври математикӣ бароварда шуд.
Кюрихо мав-чудияти эффекти баръаксро фавран тасдик карда, барои ба даст овардани далели микдори дар бораи пурра баргардонидани деформацияхои электро-эласто-механики дар кристаллхои пьезоэлектрикй гузаштанд. Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, то он даме, ки он як воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри гардид. Кори онҳо оид ба омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристаллӣ, ки пьезоэлектрикиро намоиш медоданд, дар нашри «Lehrbuch der Kristallphysik»-и Волдемар Фойгт (Китоби дарсии физикаи кристалл) анҷом ёфт.
устухон
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои ҷамъ кардани заряди барқ дар ҷавоб ба фишори механикӣ мебошад. Устухон яке аз чунин маводест, ки ин падидаро нишон медиҳад.
Устухон як намуди моддаи биологӣ мебошад, ки аз сафедаҳо ва минералҳо, аз ҷумла коллаген, калсий ва фосфор иборат аст. Он аз ҳама пьезоэлектриктарин маводи биологӣ аст ва қодир аст, ки ҳангоми дучор шудан ба фишори механикӣ шиддат тавлид кунад.
Таъсири пьезоэлектрикӣ дар устухон натиҷаи сохтори беназири он мебошад. Он аз шабакаи нахҳои коллаген иборат аст, ки дар матритсаи маъданҳо ҷойгир шудаанд. Вақте ки устухон ба фишори механикӣ дучор мешавад, нахҳои коллаген ҳаракат мекунанд, ки минералҳо поляризатсия мешаванд ва заряди электрикӣ тавлид мекунанд.
Таъсири пьезоэлектрикӣ дар устухон як қатор барномаҳои амалӣ дорад. Он дар ташхиси тиббӣ, ба монанди ултрасадо ва рентген, барои ошкор кардани шикастани устухонҳо ва дигар норасоиҳо истифода мешавад. Он инчунин дар дастгоҳҳои шунавоии устухон истифода мешавад, ки эффекти пьезоэлектрикиро барои табдил додани мавҷҳои садо ба сигналҳои электрикӣ, ки мустақиман ба гӯши дарунӣ фиристода мешаванд, истифода мебаранд.
Таъсири пьезоэлектрикӣ дар устухон инчунин дар имплантатсияҳои ортопедӣ, ба монанди буғумҳои сунъӣ ва дасту пойҳои протезӣ истифода мешавад. Имплантатсияҳо эффекти пьезоэлектрикиро барои табдил додани энергияи механикӣ ба энергияи электрикӣ истифода мебаранд, ки баъдан барои нерӯи дастгоҳ истифода мешавад.
Илова бар ин, эффекти пьезоэлектрикӣ дар устухон барои истифода дар таҳияи усулҳои нави табобат омӯхта мешавад. Масалан, муҳаққиқон истифодаи пьезоэлектрикиро барои ҳавасманд кардани афзоиши устухон ва барқарор кардани бофтаи осебдида таҳқиқ мекунанд.
Умуман, эффекти пьезоэлектрикӣ дар устухон як падидаи ҷолиб бо доираи васеи татбиқи амалӣ мебошад. Он дар барномаҳои гуногуни тиббӣ ва технологӣ истифода мешавад ва барои истифода дар таҳияи усулҳои нави табобат омӯхта мешавад.
КДН
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои ҷамъ кардани заряди барқ дар ҷавоб ба фишори механикӣ мебошад. ДНК яке аз чунин маводест, ки ин таъсирро нишон медиҳад. ДНК як молекулаи биологиест, ки дар ҳама организмҳои зинда мавҷуд аст ва аз чаҳор асоси нуклеотидӣ иборат аст: аденин (А), гуанин (G), ситозин (С) ва тимин (Т).
ДНК як молекулаи мураккабест, ки ҳангоми дучор шудан ба фишори механикӣ метавонад барои тавлиди заряди барқ истифода шавад. Ин аз он сабаб аст, ки молекулаҳои ДНК аз ду риштаи нуклеотидҳо иборатанд, ки бо пайвандҳои гидрогенӣ муттаҳид мешаванд. Ҳангоми канда шудани ин пайвандҳо заряди барқ ба вуҷуд меояд.
Таъсири пьезоэлектрикии ДНК дар барномаҳои гуногун истифода шудааст, аз ҷумла:
• Истеҳсоли нерӯи барқ барои имплантатсияҳои тиббӣ
• Муайян кардан ва чен кардани қувваҳои механикӣ дар ҳуҷайраҳо
• Таҳияи сенсорҳои наномикёс
• Эҷоди биосенсорҳо барои пайдарпайии ДНК
• Истеҳсоли мавҷҳои ултрасадо барои тасвир
Таъсири пьезоэлектрикии ДНК инчунин барои истифодаи эҳтимолии он дар таҳияи маводи нав, аз қабили нановимҳо ва нанотубаҳо омӯхта мешавад. Ин маводҳо метавонанд барои барномаҳои гуногун, аз ҷумла нигоҳдории энергия ва ҳассос истифода шаванд.
Таъсири пьезоэлектрикии ДНК ба таври васеъ омӯхта шудааст ва маълум шудааст, ки ба фишори механикӣ хеле ҳассос аст. Ин онро як воситаи пурарзиш барои муҳаққиқон ва муҳандисоне месозад, ки мехоҳанд мавод ва технологияҳои навро таҳия кунанд.
Хулоса, ДНК маводест, ки эффекти пьезоэлектрикиро нишон медиҳад, ки қобилияти ҷамъ кардани заряди барқро дар ҷавоб ба фишори механикии татбиқшаванда дорад. Ин таъсир дар барномаҳои гуногун, аз ҷумла имплантатсияҳои тиббӣ, сенсорҳои наносикӣ ва пайдарпайии ДНК истифода шудааст. Он инчунин барои истифодаи потенсиалии он дар таҳияи маводи нав, аз қабили нановимҳо ва нанотубаҳо омӯхта мешавад.
Потенсиҳо
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои ҷамъ кардани заряди барқ дар ҷавоб ба фишори механикӣ мебошад. Маводҳои пьезоэлектрикӣ, аз қабили сафедаҳо, кристалҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК, ин таъсирро нишон медиҳанд. Сафедаҳо, махсусан, як маводи беназири пьезоэлектрикӣ мебошанд, зеро онҳо аз сохтори мураккаби аминокислотаҳо иборатанд, ки метавонанд барои тавлиди заряди электрикӣ деформатсия шаванд.
Протеинҳо як намуди фаровони маводи пьезоэлектрикӣ мебошанд ва онҳо дар шаклҳои гуногун мавҷуданд. Онҳоро дар шакли ферментҳо, гормонҳо ва антителоҳо, инчунин дар шакли сафедаҳои сохторӣ ба монанди коллаген ва кератин пайдо кардан мумкин аст. Протеинҳо инчунин дар шакли сафедаҳои мушакҳо мавҷуданд, ки барои кашиш ва истироҳати мушакҳо масъуланд.
Таъсири пьезоэлектрикии сафедаҳо ба он вобаста аст, ки онҳо аз сохтори мураккаби аминокислотаҳо иборатанд. Вақте ки ин аминокислотаҳо деформатсия мешаванд, онҳо заряди электрикӣ ба вуҷуд меоранд. Пас аз ин заряди электрикӣ метавонад барои қувват додани дастгоҳҳои гуногун, аз қабили сенсорҳо ва фаъолкунандаҳо истифода шавад.
Протеинҳо инчунин дар барномаҳои гуногуни тиббӣ истифода мешаванд. Масалан, онҳо барои муайян кардани мавҷудияти сафедаҳои муайян дар бадан истифода мешаванд, ки метавонанд барои ташхиси бемориҳо истифода шаванд. Онҳо инчунин барои муайян кардани мавҷудияти баъзе бактерияҳо ва вирусҳо истифода мешаванд, ки метавонанд барои ташхиси сироятҳо истифода шаванд.
Протеинҳо инчунин дар барномаҳои гуногуни саноатӣ истифода мешаванд. Масалан, онҳо барои сохтани сенсорҳо ва фаъолкунандаҳо барои равандҳои гуногуни саноатӣ истифода мешаванд. Онхо инчунин барои ба вучуд овардани масолех истифода мешаванд, ки дар сохтмони самолётхо ва дигар воситахои наклиёт истифода мешаванд.
Хулоса, сафедаҳо як маводи беназири пьезоэлектрикӣ мебошанд, ки метавонанд дар барномаҳои гуногун истифода шаванд. Онҳо аз сохтори мураккаби аминокислотаҳо иборатанд, ки метавонанд барои тавлиди заряди барқ деформатсия карда шаванд ва онҳо дар барномаҳои гуногуни тиббӣ ва саноатӣ истифода мешаванд.
Ҷамъоварии энергия бо пьезоэлектрикӣ
Дар ин бахш, ман муҳокима хоҳам кард, ки чӣ гуна пьезоэлектрикро барои ҷамъоварии энергия истифода бурдан мумкин аст. Ман ба барномаҳои гуногуни пьезоэлектрикӣ, аз чопи пьезоэлектрикӣ то генераторҳои соат ва микробалансҳо назар хоҳам дод. Ман инчунин таърихи пьезоэлектрикиро аз кашфи он аз ҷониби Пьер Кюри то истифодаи он дар Ҷанги Дуюми Ҷаҳонӣ омӯхта истодаам. Дар охир, ман дар бораи вазъияти хозираи саноати пьезоэлектрикй ва потенсиали афзоиши минбаъдаи он мухокима хохам кард.
Чопи пьезоэлектрикӣ
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои тавлиди заряди барқ дар посух ба фишори механикӣ мебошад. Калимаи «пьезоэлектрикӣ» аз калимаҳои юнонии «piezein» (фишурдан ё пахш кардан) ва «электрон» (янтар), манбаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст. Маводҳои пьезоэлектрикӣ, аз қабили кристаллҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК, дар барномаҳои гуногун истифода мешаванд.
Пьезоэлектрик барои тавлиди нерӯи барқи баландшиддат, ҳамчун генератори соат, дар дастгоҳҳои электронӣ ва микробалансҳо истифода мешавад. Он инчунин барои рондани соплоҳои ултрасадоӣ ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултраҷазира истифода мешавад. Чопи пьезоэлектрикӣ як барномаи маъмули ин технология мебошад. Ин як намуди чопест, ки кристаллҳои пьезоэлектриро барои тавлиди ларзиши басомади баланд истифода мебарад, ки барои баровардани қатраҳои ранг ба саҳифа истифода мешавад.
Кашфи пьезоэлектрикӣ ба соли 1880 рост меояд, ки физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри ин эффектро кашф карданд. Аз он вақт инҷониб, эффекти пьезоэлектрикӣ барои барномаҳои гуногуни муфид истифода мешавад. Пьезоэлектрикӣ дар ашёи рӯзмарра, аз қабили дастгоҳҳои газпазӣ ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигоркашӣ ва пикапҳо дар гитараҳои пурқувватшудаи электронӣ ва триггерҳо дар барабанҳои электронии муосир истифода мешавад.
Пьезоэлектрикӣ дар тадқиқоти илмӣ низ истифода мешавад. Он барои сканкунии микроскопҳои зондӣ, ки барои ҳалли тасвирҳо дар миқёси атомҳо истифода мешаванд, асос мебошад. Он инчунин дар рефлексометрҳои домени вақти ултрасадо истифода мешавад, ки импулсҳои ултрасадоро ба мавод мефиристанд ва инъикосҳоро барои муайян кардани ихтилофҳо ва пайдо кардани камбудиҳо дар дохили ашёи металлӣ ва сангӣ чен мекунанд.
Ташаккули дастгоҳҳо ва маводҳои пьезоэлектрикӣ бо зарурати беҳтар кардани иҷроиш ва осонтар кардани равандҳои истеҳсолӣ ба вуҷуд омадааст. Дар Штатхои Муттахида азхуд кардани кристаллхои кварц барои истифодаи тичоратй омили асосии афзоиши саноати пьезоэлектрикй гардид. Баръакси ин, истеҳсолкунандагони ҷопонӣ тавонистанд, ки иттилоотро зуд мубодила кунанд ва замимаҳои навро таҳия кунанд, ки боиси афзоиши босуръати бозори Ҷопон гардид.
Пьезоэлектрикӣ тарзи истифодаи энергияро, аз ашёи рӯзмарра ба монанди оташакҳо то таҳқиқоти пешрафтаи илмӣ инқилоб кард. Ин технологияи гуногунҷабҳаест, ки ба мо имкон дод, ки маводҳо ва барномаҳои навро кашф ва таҳия кунем ва он дар тӯли солҳои оянда қисми муҳими ҳаёти мо хоҳад буд.
Истеҳсоли нерӯи барқи баландшиддат
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводи сахт барои ҷамъ кардани заряди барқ дар ҷавоб ба фишори механикӣ мебошад. Калимаи "пьезоэлектрикӣ" аз калимаҳои юнонии "piezein" ба маънои "фишурдан" ё "пресс" ва "ēlektron" ба маънои "янтар", манбаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст. Пьезоэлектрикӣ як таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикӣ дар маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсионӣ мебошад.
Таъсири пьезоэлектрикӣ раванди бозгаштшаванда аст; маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ нишон медиҳанд, инчунин эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ, тавлиди дохилии шиддати механикиро, ки дар натиҷаи майдони электрикии истифодашуда ба вуҷуд меоянд, нишон медиҳанд. Масалан, кристаллҳои титанати сирконати сурб вақте ки сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ деформатсия мешавад, пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Баръакс, кристалҳо метавонанд андозаи статикии худро ҳангоми татбиқи майдони электрикии беруна тағйир диҳанд, ки ин падида бо номи эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ маълум аст, ки дар истеҳсоли мавҷҳои ултрасадо истифода мешавад.
Таъсири пьезоэлектрикӣ дар барномаҳои гуногун, аз ҷумла тавлиди нерӯи барқи баландшиддат истифода мешавад. Маводҳои пьезоэлектрикӣ дар истеҳсол ва муайян кардани садо, дар чопи пьезоэлектрикӣ, дар генераторҳои соатӣ, дар дастгоҳҳои электронӣ, дар микробалансҳо, дар соплоҳои ултрасадоӣ ва дар маҷмӯаҳои оптикии фокусии ултраҷабҳа истифода мешаванд.
Пьезоэлектрикӣ инчунин дар барномаҳои ҳамарӯза истифода мешавад, ба монанди тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, дар машъалҳо, оташакҳои сигор ва маводи эффекти пироэлектрикӣ, ки дар посух ба тағирёбии ҳарорат потенсиали электрикӣ тавлид мекунанд. Ин таъсирро Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 омӯхта, ба донишҳои Рене Ҳаюй ва Антуан Сезар Беккерел, ки робитаи байни фишори механикӣ ва заряди барқро муайян карданд, омӯхтанд, гарчанде ки таҷрибаҳои онҳо бефоида буданд.
Дониши якҷояи пироэлектрикӣ ва фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ боиси пешгӯии пироэлектрикӣ ва қобилияти пешгӯии рафтори кристалл гардид. Ин бо таъсири кристаллҳо, аз қабили турмалин, кварц, топаз, қанди камиш ва намаки Рошел нишон дода шудааст. Тетрахидрати калийи тартрат ва кварц низ пьезоэлектрикӣ нишон доданд ва диски пьезоэлектрикӣ барои тавлиди шиддат ҳангоми деформатсия истифода мешуд. Ин дар намоиши эффекти бевоситаи пьезоэлектрики Кюри хеле муболига карда шуд.
Бародарон Пьер ва Жак Кюри барои ба даст овардани далели миқдорӣ дар бораи бозгашти пурраи деформатсияҳои электроэластомеханикӣ дар кристаллҳои пьезоэлектрикӣ идома доданд. Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, аммо он воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри буд. Кори онҳо оид ба омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристаллӣ, ки пьезоэлектрикиро намоиш медоданд, дар нашри Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт ба анҷом расид, ки дар он синфҳои кристаллҳои табиии қобилияти пьезоэлектрикӣ тавсиф карда шудаанд ва бо истифода аз константаҳои пьезоэлектрикӣ дақиқ муайян карда шудаанд.
Истифодаи амалии дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ аз таҳияи сонар дар давраи Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ оғоз ёфт. Дар Фаронса Пол Лангевин ва ҳамкорони ӯ детектори ултрасадои зериобиро таҳия карданд. Детектор аз табдилдиҳандае иборат буд, ки аз кристаллҳои тунуки кварц, ки ба плитаҳои пӯлод бодиққат часпонида шудаанд, ва гидрофон барои муайян кардани акси садои баргашт. Тавассути баровардани импульси басомади баланд аз табдилдиҳанда ва чен кардани вақти шунидани акси садои мавҷҳои садо, ки аз объект бармехезанд, онҳо тавонистанд масофаи объектро ҳисоб кунанд. Онҳо пьезоэлектрикиро барои муваффақ шудан ба сонар истифода бурданд ва лоиҳа дар тӯли даҳсолаҳои минбаъда рушд ва таваҷҷӯҳи шадидро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард.
Материалхои нави пьезоэлектрикй ва истифодаи нави ин материалхо тадкик ва кор карда баромада шуданд. Дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ дар соҳаҳои гуногун хонаҳо пайдо карданд, ба монанди картриджҳои фонографии сафолӣ, ки тарҳи плеерро соддатар карданд ва плеерҳои арзонтар ва дақиқтареро фароҳам оварданд, ки нигоҳдорӣ арзонтар ва сохтан осонтар буданд. Инкишофи табдилдиҳандаҳои ултрасадо имкон дод, ки часпакӣ ва чандирии моеъҳо ва ҷисмҳои сахтро ба осонӣ чен карда, дар таҳқиқоти мавод пешрафти бузург ба даст овард. Рефлексометрҳои домени вақти ултрасадо набзи ултрасадоро ба мавод мефиристанд ва инъикосҳо ва қатъиятҳоро барои дарёфти камбудиҳо дар дохили ашёи металлӣ ва сангӣ чен мекунанд ва бехатарии сохторро беҳтар мекунанд.
Ҷанги Дуюми Ҷаҳонӣ дид, ки гурӯҳҳои таҳқиқотии мустақил дар Иёлоти Муттаҳида, Русия ва Ҷопон як синфи нави маводи синтетикиро кашф карданд, ки fer номида мешавад.
Генератори соат
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои ҷамъ кардани заряди барқ дар ҷавоб ба фишори механикӣ мебошад. Ин падида барои эҷоди як қатор барномаҳои муфид, аз ҷумла генераторҳои соат истифода шудааст. Генераторҳои соат дастгоҳҳое мебошанд, ки пьезоэлектриро барои тавлиди сигналҳои электрикӣ бо вақти дақиқ истифода мебаранд.
Генераторҳои соат дар барномаҳои гуногун, аз қабили компютерҳо, телекоммуникатсия ва системаҳои автомобилӣ истифода мешаванд. Онҳо инчунин дар дастгоҳҳои тиббӣ, ба монанди кардиостимуляторҳо, барои таъмини вақти дақиқи сигналҳои электрикӣ истифода мешаванд. Генераторҳои соат инчунин дар автоматизатсияи саноатӣ ва робототехника истифода мешаванд, ки дар он ҷо вақти дақиқ муҳим аст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ ба таъсири мутақобилаи хаттии электромеханики байни ҳолати механикӣ ва электрикӣ дар маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия асос ёфтааст. Ин таъсир баръакс аст, яъне маънои онро дорад, ки маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин ҳангоми татбиқи майдони электрикӣ шиддати механикиро ба вуҷуд меоранд. Ин ҳамчун эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ маълум аст ва барои тавлиди мавҷҳои ултрасадо истифода мешавад.
Генераторҳои соат ин эффекти баръакси пьезоэлектрикиро барои тавлиди сигналҳои электрикӣ бо вақти дақиқ истифода мебаранд. Маводи пьезоэлектрикӣ тавассути майдони электрикӣ деформатсия карда мешавад, ки боиси ларзиши он дар басомади муайян мегардад. Сипас ин ларзиш ба сигнали барқӣ табдил дода мешавад, ки барои тавлиди сигнали дақиқи вақт истифода мешавад.
Генераторҳои соат дар барномаҳои гуногун, аз дастгоҳҳои тиббӣ то автоматизатсияи саноатӣ истифода мешаванд. Онҳо боэътимод, дақиқ ва осон барои истифода мебошанд, ки онҳоро барои бисёр барномаҳо интихоби маъмул мегардонанд. Пьезоэлектрикӣ як ҷузъи муҳими технологияи муосир аст ва генераторҳои соат танҳо яке аз барномаҳои зиёди ин падида мебошанд.
Дастгоҳҳои электронӣ
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳои сахт барои ҷамъ кардани заряди барқ дар ҷавоб ба фишори механикӣ мебошад. Ин падида, ки бо номи эффекти пьезоэлектрикӣ маъруф аст, дар дастгоҳҳои гуногуни электронӣ истифода мешавад, аз пикапҳо дар гитараҳои электронии пурқувватшуда то триггерҳо дар барабанҳои электронии муосир.
Пьезоэлектрикӣ аз калимаҳои юнонии πιέζειν (piezein) ба маънои “фишурдан” ё “пресс” ва ἤλεκτρον (ēlektron) ба маънои “янтар”, манбаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст. Маводҳои пьезоэлектрикӣ кристаллҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди сафедаҳои устухон ва ДНК мебошанд, ки таъсири пьезоэлектрикӣ нишон медиҳанд.
Таъсири пьезоэлектрикӣ таъсири мутақобилаи электромеханикии хаттии байни ҳолати механикӣ ва электрикӣ дар маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия мебошад. Ин як раванди баръакс аст, ки маънои онро дорад, ки маводе, ки эффекти пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, инчунин эффекти баръакси пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад. Масалан, кристаллҳои титанати сирконати сурб вақте ки сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ деформатсия мешавад, пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Баръакс, кристалҳо метавонанд андозаи статикии худро ҳангоми татбиқи майдони электрикии беруна тағйир диҳанд, ки ин падида бо номи эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ маълум аст, ки дар истеҳсоли мавҷҳои ултрасадо истифода мешавад.
Кашфи пьезоэлектрикӣ ба физикҳои фаронсавӣ Пьер ва Жак Кюри тааллуқ дорад, ки дар соли 1880 эффекти мустақими пьезоэлектрикиро нишон доданд. Дониши якҷояи онҳо дар бораи пироэлектрикӣ ва фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ боиси пешгӯии эффекти пироэлектрикӣ гардид ва рафтори кристаллӣ бо таъсири кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди най ва намаки Рошел нишон дода шуд.
Пьезоэлектрикӣ дар як қатор барномаҳои ҳамарӯза истифода мешавад, ба монанди тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва маводи эффекти пироэлектрикӣ, ки дар посух ба тағирёбии ҳарорат потенсиали электрикӣ тавлид мекунанд. Инро Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 омӯхта, ба донишҳои Рене Ҳаюй ва Антуан Сезар Беккерел, ки робитаи байни фишори механикӣ ва заряди барқро муайян кардаанд, омӯхтанд. Бо вуҷуди ин, то он даме, ки манзараи кристалл пьезо дар осорхонаи компенсатори Кюри дар Шотландия таъсири мустақими пьезоэлектрикии бародарон Кюриро нишон надиҳад, таҷрибаҳо бенатиҷа буданд.
Пьезоэлектрикӣ дар дастгоҳҳои гуногуни электронӣ истифода мешавад, аз пикапҳо дар гитараҳои ба таври электронӣ пурқувватшуда то триггерҳо дар барабанҳои электронии муосир. Он инчунин дар истеҳсол ва муайян кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддат, генераторҳои соатӣ, микробалансҳо, соплоҳои ултрасадоӣ ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултраҷазира истифода мешавад. Пьезоэлектрикӣ инчунин барои сканкунии микроскопҳои зондӣ, ки барои ҳалли тасвирҳо дар миқёси атомҳо истифода мешаванд, асос мебошад.
Микробаланс
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳои сахт барои ҷамъ кардани заряди барқ дар ҷавоб ба фишори механикӣ мебошад. Пьезоэлектрикӣ аз калимаҳои юнонии πιέζειν (piezein) гирифта шудааст, ки маънояш “фишурдан” ё “пресс” ва ἤλεκτρον (ēlektron), ки маънояш “янтар”, манбаи қадимии заряди барқ аст.
Пьезоэлектрикӣ дар барномаҳои гуногуни рӯзмарра истифода мешавад, ба монанди тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ барои дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва ғайра. Он инчунин дар истеҳсол ва муайян кардани садо ва дар чопи пьезоэлектрикӣ истифода мешавад.
Пьезоэлектрикӣ инчунин барои тавлиди нерӯи барқи баландшиддат истифода мешавад ва асоси генераторҳои соатӣ ва дастгоҳҳои электронӣ ба монанди микробалансҳо мебошад. Пьезоэлектрикӣ инчунин барои рондани соплоҳои ултрасадо ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултранафи истифода мешавад.
Кашфи пьезоэлектрикӣ ба физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри дар соли 1880 дода мешавад. Бародарон Кюри дониши худро дар бораи пироэлектрикӣ ва фаҳмиши онҳо дар бораи сохторҳои кристаллии зеризаминӣ муттаҳид карда, мафҳуми пьезоэлектрикиро ба вуҷуд оварданд. Онҳо тавонистанд рафтори кристаллро пешгӯӣ кунанд ва таъсирро дар кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди камиш ва намаки Рошел нишон доданд.
Таъсири пьезоэлектрикӣ барои барномаҳои муфид, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо истифода мешуд. Ташаккули сонар дар давраи Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ як пешрафт дар истифодаи пьезоэлектрикӣ буд. Пас аз Ҷанги Дуюми Ҷаҳонӣ, гурӯҳҳои мустақили таҳқиқотӣ дар Иёлоти Муттаҳида, Русия ва Ҷопон як синфи нави маводи синтетикиро кашф карданд, ки ферроэлектрикҳо ном доранд, ки доимии пьезоэлектрикӣ аз маводи табиӣ то даҳ маротиба зиёдтар буданд.
Ин ба таҳқиқот ва таҳияи шадиди титанати барий ва баъдтар маводи титанати сирконати сурб оварда расонд, ки хосиятҳои хос барои барномаҳои мушаххас доштанд. Намунаи назарраси истифодаи кристаллҳои пьезоэлектрикӣ дар лабораторияҳои телефонии Bell пас аз Ҷанги Дуюми Ҷаҳонӣ таҳия карда шуд.
Фредерик Р. Лак, ки дар шӯъбаи муҳандисии радиотелефония кор мекард, кристали буришро таҳия кард, ки дар доираи васеи ҳарорат кор мекард. Кристали Лак ба лавозимоти вазнини кристалҳои қаблӣ ниёз надошт, ки истифодаи онро дар ҳавопаймо осон кард. Ин таҳаввулот ба нерӯҳои ҳавоии муттаҳид имкон дод, ки бо истифода аз радиои авиатсионӣ ба ҳамлаҳои оммавии ҳамоҳангшуда машғул шаванд.
Таҳияи дастгоҳҳо ва маводҳои пьезоэлектрикӣ дар Иёлоти Муттаҳида якчанд ширкатҳоро дар тиҷорат нигоҳ дошт ва коркарди кристаллҳои кварц аз ҷиҳати тиҷоратӣ истифода мешуд. Аз он вақт инҷониб маводҳои пьезоэлектрикӣ дар барномаҳои гуногун, аз ҷумла тасвири тиббӣ, тозакунии ултрасадо ва ғайра истифода мешаванд.
Соплаи ултрасадоро гардонед
Пьезоэлектрикӣ заряди барқест, ки дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристаллҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК ҷамъ мешавад. Ин вокуниш ба фишори механикии амалӣ буда, аз калимаҳои юнонии “piezein”, яъне “фишурдан” ё “пресс” ва “электрон”, яъне “қаҳраба”, манбаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикии маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия мебошад. Ин як раванди баръакс аст, яъне маводҳое, ки эффекти пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, инчунин эффекти баръакси пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад. Мисоли ин кристаллҳои титанати сирконати сурб мебошанд, ки ҳангоми деформатсияи сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Ва баръакс, хангоми ба кор андохтани майдони электрии беруна, кристаллхо андозаи статикии худро тагйир медиханд, ки дар натича таъсири пьезоэлектрикии баръакс ба вучуд меояд, ки ин хосилшавии мавчхои ултрасадо мебошад.
Физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри соли 1880 пьезоэлектрикиро кашф карданд ва аз он вақт инҷониб он барои барномаҳои гуногуни муфид, аз ҷумла истеҳсол ва ошкор кардани садо истифода мешавад. Пьезоэлектрикӣ инчунин истифодаи ҳамарӯзаро пайдо мекунад, ба монанди тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва ғайра.
Таъсири пироэлектрикӣ, ки маводест, ки потенсиали электрикиро дар посух ба тағирёбии ҳарорат тавлид мекунад, аз ҷониби Карл Линней, Франц Аэпинус омӯхта шуда, дар миёнаҳои асри 18 аз Рене Ҳаюй ва Антуан Сезар Беккерел, ки муносибати байни фишори механикӣ ва фишори механикиро муайян кардаанд, омӯхтанд. заряди барқ. Таҷрибаҳо барои исботи ин бефоида буданд.
Намоиши кристалл пьезо дар компенсатори Кюри дар Осорхонаи Ҳунтериан Шотландия як намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикии бародарон Пьер ва Жак Кюри мебошад. Якҷоя кардани дониши онҳо дар бораи пироэлектрикӣ ва фаҳмидани сохторҳои кристаллӣ боиси пешгӯии пироэлектрикӣ гардид ва ба онҳо имкон дод, ки рафтори кристаллро пешгӯӣ кунанд. Ин бо таъсири кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди най ва намаки Рошел нишон дода шуд. Тетрахидрати натрий ва калий тартрат ва кварц низ пьезоэлектрикӣ нишон доданд ва диски пьезоэлектрикӣ барои тавлиди шиддат ҳангоми деформатсия истифода мешуд. Ин аз ҷониби Кюриҳо барои пешгӯии эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ, ки аз принсипҳои асосии термодинамикӣ аз ҷониби Габриэл Липпман дар соли 1881 ба таври математикӣ бароварда шуда буд, хеле муболиға карда шуд.
Кюрихо мав-чудияти эффекти баръаксро фавран тасдик карда, барои ба даст овардани далели микдори дар бораи пурра баргардонидани деформацияхои электро-эласто-механики дар кристаллхои пьезоэлектрикй гузаштанд. Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, аммо дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри дар кори худ барои омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристалл, ки пьезоэлектрикӣ нишон доданд, як воситаи муҳим буд. Ин бо нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл)-и Волдемар Фойгт ба анҷом расид, ки дар он синфҳои кристаллҳои табиии қобилияти пьезоэлектрикӣ тавсиф карда шуданд ва константаҳои пьезоэлектрикӣ тавассути таҳлили тензорӣ дақиқ муайян карда шуданд.
Истифодаи амалии дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ аз сонар оғоз ёфт, ки он дар давраи Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ таҳия шуда буд. Дар Фаронса Пол Лангевин ва ҳамкорони ӯ детектори ултрасадои зериобиро таҳия карданд. Детектор аз табдилдиҳандаи аз кристаллҳои тунуки кварц сохташуда иборат буд, ки ба плитаҳои пӯлодӣ бодиққат часпонида шуда буд, ки онро гидрофон меноманд, то акси садои баргаштаро пас аз баровардани импулси басомади баланд муайян кунад. Бо чен кардани вақти шунидани акси садои мавҷҳои садо аз болои объект, онҳо метавонистанд масофаи объектро ҳисоб кунанд. Ин истифодаи пьезоэлектрикӣ дар сонар бомуваффақият буд ва лоиҳа дар тӯли даҳсолаҳо рушди шадид ва таваҷҷӯҳро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард.
Маводҳои нави пьезоэлектрикӣ ва барномаҳои нав барои ин маводҳо омӯхта ва таҳия карда шуданд ва дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ дар чунин соҳаҳо ба монанди картриджҳои фонографии сафолӣ хона пайдо карданд, ки тарҳи плеерро соддатар карда, плеерҳои арзонтару дақиқтареро фароҳам овард, ки нигоҳдорӣ арзонтар ва сохтани онҳо осонтар буд. . Инкишофи табдилдиҳандаҳои ултрасадо имкон дод, ки часпакӣ ва чандирии моеъҳо ва ҷисмҳои сахтро ба осонӣ чен карда, дар таҳқиқоти мавод пешрафти бузург ба даст овард. Рефлексометрҳои домени вақти ултрасадо як набзи ултрасадоро тавассути мавод мефиристанд ва инъикосҳо ва қатъиятҳоро чен мекунанд, то камбудиҳоро дар дохили ашёи металлӣ ва сангӣ пайдо кунанд.
Маҷмӯаҳои оптикии фокусии ултраҷазира
Пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои ҷамъ кардани заряди электрикӣ ҳангоми дучор шудан ба фишори механикӣ мебошад. Ин таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати электрикӣ ва механикии маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия мебошад. Пьезоэлектрикӣ як раванди баръакс аст, яъне маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин таъсири пьезоэлектрикии баръаксро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад.
Пьезоэлектрикӣ дар барномаҳои гуногун, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо ва тавлиди нерӯи барқи баландшиддат истифода шудааст. Пьезоэлектрикӣ инчунин дар чопи рангӣ, генераторҳои соатҳо, дастгоҳҳои электронӣ, микробалансҳо, соплоҳои ултрасадоӣ ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултраҷазира истифода мешавад.
Пьезоэлектрикӣ соли 1880 аз ҷониби физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри кашф карда шуданд. Таъсири пьезоэлектрикӣ дар барномаҳои муфид, ба монанди истеҳсол ва ошкор кардани садо ва тавлиди нерӯи барқи баландшиддат истифода мешавад. Чопи пьезоэлектрикӣ низ истифода мешавад, инчунин генераторҳои соат, дастгоҳҳои электронӣ, микробалансҳо, соплоҳои ултрасадоӣ ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултранафи.
Пьезоэлектрикӣ роҳи худро дар истифодаи ҳамарӯза пайдо кардааст, аз қабили тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ барои дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва маводҳои эффекти пироэлектрикӣ, ки дар посух ба тағирёбии ҳарорат потенсиали электрикӣ тавлид мекунанд. Ин таъсирро Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 омӯхта, ба донишҳои Рене Ҳаюй ва Антуан Сезар Беккерел, ки робитаи байни фишори механикӣ ва заряди барқро муайян кардаанд, омӯхтанд. Тачрибахо бенатича нишон доданд.
Намоиши кристалл пьезо дар компенсатори Кюри дар Осорхонаи Ҳунтериан Шотландия як намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикии бародарон Пьер ва Жак Кюри мебошад. Дар якҷоягӣ бо дониши худ дар бораи пироэлектрикӣ ва фаҳмиши онҳо дар бораи сохторҳои кристаллӣ, онҳо пешгӯии пироэлектрикӣ ва қобилияти пешгӯии рафтори кристаллро ба вуҷуд оварданд. Ин дар таъсири кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди най ва намаки Рошел нишон дода шудааст.
Тетрахидрати натрий ва калий тартрат ва кварц ва намаки Рошел пьезоэлектрикӣ нишон доданд ва диски пьезоэлектрикӣ барои тавлиди шиддат ҳангоми деформатсия истифода мешуд, гарчанде ки тағирёбии шакл хеле муболиға карда шуд. Кюриҳо эффекти баръакси пьезоэлектрикиро пешгӯӣ карданд ва эффекти баръаксро аз принсипҳои асосии термодинамикӣ аз ҷониби Габриэл Липпман соли 1881 ба таври математикӣ бароварданд. Кюриҳо дарҳол мавҷудияти эффекти баръаксро тасдиқ карданд ва барои ба даст овардани далели миқдории бозгашти пурраи электромагнитҳо идома доданд. деформацияхои эласто-механики дар кристаллхои пьезоэлектрикй.
Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, то он даме, ки он як воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри гардид. Кори онҳо барои омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристалл, ки пьезоэлектрикиро намоиш медоданд, дар нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт ба анҷом расид. Ин синфҳои кристаллҳои табииро тавсиф карда, ки қобилияти пьезоэлектрикӣ доранд ва бо истифодаи таҳлили тензорӣ барои татбиқи амалии дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ константаҳои пьезоэлектрикиро дақиқ муайян карданд.
Ташаккули сонар як лоиҳаи муваффақ буд, ки рушди шадид ва таваҷҷӯҳро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард. Пас аз даҳсолаҳо, маводи нави пьезоэлектрикӣ ва истифодаи нави ин маводҳо кашф ва таҳия карда шуданд. Таҷҳизоти пьезоэлектрикӣ дар соҳаҳои гуногун хонаҳо пайдо карданд, аз қабили картриджҳои фонографии сафолӣ, ки тарҳи плеерро содда карда, плеерҳои сабтро арзонтар ва нигоҳдорӣ ва сохтанро осонтар мегардонд. Рушди табдилдиҳандаҳои ултрасадо имкон дод, ки часпакӣ ва чандирии моеъҳо ва ҷисмҳои сахт чен карда шавад, ки дар натиҷа дар таҳқиқоти мавод пешрафтҳои бузург ба даст оварда шуданд. Рефлексометрҳои домени вақти ултрасадо набзи ултрасадоро ба мавод мефиристанд ва инъикосҳо ва қатъиятҳоро барои дарёфти камбудиҳо дар дохили ашёи металлӣ ва сангӣ чен мекунанд ва бехатарии сохторро беҳтар мекунанд.
Оғози соҳаи манфиатҳои пьезоэлектрикӣ бо патентҳои фоиданоки маводи наве, ки аз кристаллҳои кварц таҳия карда шудаанд, таъмин карда шуданд, ки онҳо ҳамчун маводи пьезоэлектрикӣ ба таври тиҷоратӣ истифода мешуданд. Олимон маводҳои баландсифатро ҷустуҷӯ карданд ва сарфи назар аз пешрафтҳо дар мавод ва камолоти равандҳои истеҳсолӣ, бозори Иёлоти Муттаҳида зуд афзоиш наёфт. Баръакси ин, истеҳсолкунандагони Ҷопон иттилоотро зуд мубодила карданд ва дар муқоиса бо истеҳсолкунандагони Ҷопон барномаҳои нав барои афзоиш дар саноати пьезоэлектрикии Иёлоти Муттаҳида зарар диданд.
Моторҳои пьезоэлектрикӣ
Дар ин бахш, ман дар бораи чӣ гуна истифода бурдани пьезоэлектрикӣ дар технологияи муосир сӯҳбат хоҳам кард. Аз микроскопҳои сканерии зондӣ, ки метавонанд тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунанд, то пикапҳо барои гитараҳои электронии пурқувватшуда ва триггерҳо барои барабанҳои электронии муосир, пьезоэлектрикӣ як қисми ҷудонашавандаи бисёр дастгоҳҳо гардид. Ман таърихи пьезоэлектрикӣ ва чӣ гуна онро дар барномаҳои гуногун истифода мебарам.
Шаклҳо Асоси микроскопҳои сканерии зонд
Пьезоэлектрикӣ заряди барқест, ки дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристаллҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК ҷамъ мешавад. Ин вокуниш ба фишори механикии татбиқшаванда аст ва калимаи пьезоэлектрикӣ аз калимаи юнонии πιέζειν (piezein) ба маънои "фишурдан" ё "пресс" ва ἤλεκτρον (ēlektron) ба маънои "янтар", манбаи қадимии заряди барқ аст.
Моторҳои пьезоэлектрикӣ дастгоҳҳое мебошанд, ки эффекти пьезоэлектриро барои тавлиди ҳаракат истифода мебаранд. Ин таъсир таъсири мутақобилаи электромеханикии хаттии байни ҳолати механикӣ ва электрикӣ дар маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия мебошад. Ин як раванди баръакс аст, ки маънои онро дорад, ки маводе, ки эффекти пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, инчунин эффекти баръакси пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад. Намунаҳои маводе, ки пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд, кристаллҳои титанати сирконати сурб мебошанд.
Таъсири пьезоэлектрикӣ дар барномаҳои муфид, ба монанди истеҳсол ва ошкор кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддати барқ, генераторҳои соат ва дастгоҳҳои электронӣ ба монанди микробалансҳо ва гардонандаи соплоҳои ултрасадо барои маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултранафи истифода мешавад. Он инчунин асоси микроскопҳои сканерии зондиро ташкил медиҳад, ки барои ҳалли тасвирҳо дар миқёси атомҳо истифода мешаванд.
Пьезоэлектрикӣ соли 1880 аз ҷониби физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри кашф карда шуданд. Манзараи пьезокристалл ва компенсатори Кюриро дар Осорхонаи Ҳунтериан дар Шотландия дидан мумкин аст, ки ин намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикии бародарон Пьер ва Жак Кюри мебошад.
Якҷоя кардани дониши онҳо дар бораи пироэлектрикӣ ва фаҳмиши онҳо дар бораи сохторҳои кристаллӣ боиси пешгӯии пироэлектрикӣ гардид, ки ба онҳо имкон дод, ки рафтори кристаллро пешгӯӣ кунанд. Ин бо таъсири кристаллҳо, аз қабили турмалин, кварц, топаз, қанди камиш ва намаки Рошел нишон дода шудааст. Тетрагидрати натрий ва калий тартрат ва кварц ва намаки Рошел пьезоэлектрикӣ нишон доданд ва диски пьезоэлектрикӣ барои тавлиди шиддат ҳангоми деформатсия истифода мешуд, гарчанде ки ин аз ҷониби Кюриҳо хеле муболиға карда шуд.
Онҳо инчунин эффекти баръакси пьезоэлектрикиро пешгӯӣ карданд ва онро соли 1881 Габриэл Липпман аз принсипҳои фундаменталии термодинамикӣ ба таври математикӣ бароварданд. Кюриҳо дарҳол мавҷудияти эффекти баръаксро тасдиқ карданд ва барои ба даст овардани далели миқдории баргардонидани пурраи электроэласто- деформатсияи механикӣ дар кристаллҳои пьезоэлектрикӣ.
Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, то он даме, ки он як воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри гардид. Кори онҳо оид ба омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристаллӣ, ки пьезоэлектрикиро намоиш медоданд, дар нашри Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Вольдемар Фойгт ба анҷом расид, ки дар он синфҳои кристаллҳои табиии қодир ба пьезоэлектрикӣ тавсиф карда шуда, таҳлили доимии пьезоэлектрикӣ ва тензорӣ дақиқ муайян карда шудаанд.
Ин боиси дар амал татбик намудани асбобхои пьезоэлектрикй, монанди сонар гардид, ки дар давраи чанги якуми чахон сохта шуда буд. Дар Франция Поль Лангевин ва хамкорони у детектори зериобии ултрасадоро кор карда баромаданд. Ин детектор аз табдилдиҳандаи аз кристаллҳои тунуки кварц сохташуда, ки ба плитаҳои пулодӣ бодиққат часпонида шудааст ва гидрофон барои муайян кардани акси садои баргардонидашуда пас аз баровардани импулси басомади баланд аз табдилдиҳанда иборат буд. Бо чен кардани вақти шунидани акси садои мавҷҳои садо, ки аз объект бармехезад, онҳо тавонистанд масофаи объектро ҳисоб кунанд. Онҳо пьезоэлектрикиро барои муваффақ шудан ба ин сонар истифода бурданд ва лоиҳа дар тӯли даҳсолаҳо рушд ва таваҷҷӯҳи шадидро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард.
Маводҳои нави пьезоэлектрикӣ ва барномаҳои нав барои ин маводҳо омӯхта ва таҳия карда шуданд ва дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ дар бисёр соҳаҳо хона пайдо карданд, ба монанди картриджҳои фонографии сафолӣ, ки тарҳи плеерро соддатар карданд ва плеерҳои арзонтар ва дақиқтареро фароҳам оварданд, ки нигоҳдорӣ арзонтар ва осонтар буданд. сохтан. Инкишофи табдилдиҳандаҳои ултрасадо имкон дод, ки часпакӣ ва чандирии моеъҳо ва ҷисмҳои сахтро ба осонӣ чен карда, дар таҳқиқоти мавод пешрафти бузург ба даст овард. Рефлексометрҳои домени вақти ултрасадо набзи ултрасадоро ба мавод мефиристанд ва инъикосҳо ва қатъиятҳоро барои дарёфти камбудиҳо дар дохили ашёи металлӣ ва сангӣ чен мекунанд ва бехатарии сохторро беҳтар мекунанд.
Дар давоми Ҷанги Дуюми Ҷаҳонӣ, гурӯҳҳои тадқиқотии мустақил дар Иёлоти Муттаҳида
Тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунед
Пьезоэлектрикӣ заряди барқест, ки дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристаллҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК ҷамъ мешавад. Ин вокуниш ба фишори механикии истифодашуда аст ва аз калимаи юнонии "piezein" гирифта шудааст, ки маънояш фишурдан ё пахш кардан аст. Таъсири пьезоэлектрикӣ аз таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикӣ дар маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия ба вуҷуд меояд.
Пьезоэлектрикӣ як раванди баръакс аст ва маводҳое, ки эффекти пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин эффекти баръакси пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшуда мебошад. Намунаҳои ин кристаллҳои титанати сирконати сурб мебошанд, ки вақте ки сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии он деформатсия карда мешавад, пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Баръакс, кристаллҳо андозаи статикии худро ҳангоми татбиқи майдони электрикии беруна иваз мекунанд, ки он ҳамчун эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ маълум аст ва дар истеҳсоли мавҷҳои ултрасадо истифода мешавад.
Физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри соли 1880 пьезоэлектрикиро кашф карданд. Таъсири пьезоэлектрикӣ барои барномаҳои гуногуни муфид, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддати барқ, генераторҳои соатӣ ва дастгоҳҳои электронии монанди microbalances ва рондани соплоҳои ултрасадо. Он инчунин асоси микроскопҳои сканерии зондиро ташкил медиҳад, ки барои ҳалли тасвирҳо дар миқёси атомҳо истифода мешаванд.
Пьезоэлектрикӣ инчунин дар барномаҳои ҳамарӯза истифода мешавад, ба монанди тавлиди шарораҳо барои даргиронидани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва ғайра. Эффекти пироэлектрикӣ, ки маводест, ки дар посух ба тағирёбии ҳарорат потенсиали электрикӣ тавлид мекунад, дар миёнаҳои асри 18 аз ҷониби Карл Линней ва Франц Аэпинус омӯхта шудааст. Бо такя ба донишҳои Рене Ҳаюй ва Антуан Сезар Беккерел, онҳо робитаи байни фишори механикӣ ва заряди барқро муайян карданд, аммо таҷрибаҳои онҳо натиҷа надод.
Меҳмонони осорхонаи шикорчиён дар Глазго метавонанд компенсатори пьезокристалл Кюриро тамошо кунанд, ки намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикии бародарон Пьер ва Жак Кюри мебошад. Якҷоя бо дониши худ дар бораи пироэлектрикӣ ва фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ, онҳо пешгӯии пироэлектрикӣ ва қобилияти пешгӯии рафтори кристаллро ба вуҷуд оварданд. Ин бо таъсири кристаллҳо, аз қабили турмалин, кварц, топаз, қанди камиш ва намаки Рошел нишон дода шудааст. Тетрахидрати натрий ва калий тартрат ва кварц ва намаки Рошел пьезоэлектрикӣ нишон доданд ва диски пьезоэлектрикӣ ҳангоми деформатсия шиддат ба вуҷуд меорад, гарчанде ки тағирёбии шакл хеле муболиға карда мешавад. Кюриҳо тавонистанд, ки эффекти баръакси пьезоэлектрикиро пешгӯӣ кунанд ва эффекти баръакс аз принсипҳои асосии термодинамикӣ аз ҷониби Габриэл Липпман дар соли 1881 ба таври математикӣ бароварда шуд.
Кюрихо мав-чудияти эффекти баръаксро фавран тасдик карда, барои ба даст овардани далели микдори дар бораи пурра баргардонидани деформацияхои электро-эласто-механики дар кристаллхои пьезоэлектрикй гузаштанд. Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, аммо он воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри буд. Корҳои онҳо оид ба омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристаллӣ, ки пьезоэлектрикӣ нишон медиҳанд, дар нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт ба анҷом расид.
Гитараҳои ба таври электронӣ тақвиятёфта
Моторҳои пьезоэлектрикӣ муҳаррикҳои электрикӣ мебошанд, ки барои табдил додани энергияи электрикӣ ба энергияи механикӣ эффекти пьезоэлектрикиро истифода мебаранд. Таъсири пьезоэлектрикӣ ин қобилияти баъзе маводҳо барои тавлиди заряди электрикӣ ҳангоми дучор шудан ба фишори механикӣ мебошад. Муҳаррикҳои пьезоэлектрикӣ дар барномаҳои гуногун истифода мешаванд, аз нерӯи дастгоҳҳои хурд ба монанди соатҳо ва соатҳо то қудрати мошинҳои калонтар ба монанди роботҳо ва таҷҳизоти тиббӣ.
Моторҳои пьезоэлектрикӣ дар гитараҳои ба таври электронӣ пурқувватшаванда истифода мешаванд. Ин пикапҳо эффекти пьезоэлектрикиро барои табдил додани ларзишҳои торҳои гитара ба сигнали барқӣ истифода мебаранд. Пас аз он ин сигнал пурзӯр карда мешавад ва ба пурқувваткунанда фиристода мешавад, ки садои гитараро тавлид мекунад. Пикапҳои пьезоэлектрикӣ инчунин дар барабанҳои электронии муосир истифода мешаванд, ки дар он ҷо онҳо барои муайян кардани ларзиши сарҳои барабан ва табдил додани онҳо ба сигнали электрикӣ истифода мешаванд.
Муҳаррикҳои пьезоэлектрикӣ инчунин дар сканер кардани микроскопҳои зонд истифода мешаванд, ки эффекти пьезоэлектриро барои ҳаракат додани зонд дар рӯи рӯи замин истифода мебаранд. Ин ба микроскоп имкон медиҳад, ки тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунад. Муҳаррикҳои пьезоэлектрикӣ инчунин дар принтерҳои рангӣ истифода мешаванд, ки дар он ҷо онҳо барои ҳаракат додани сари чоп дар саросари саҳифа истифода мешаванд.
Моторҳои пьезоэлектрикӣ дар як қатор барномаҳои дигар, аз ҷумла дастгоҳҳои тиббӣ, ҷузъҳои автомобилӣ ва электроникаи маишӣ истифода мешаванд. Онҳо инчунин дар барномаҳои саноатӣ, ба монанди истеҳсоли қисмҳои дақиқ ва васл кардани ҷузъҳои мураккаб истифода мешаванд. Таъсири пьезоэлектрикӣ инчунин дар истеҳсоли мавҷҳои ултрасадо истифода мешавад, ки дар тасвири тиббӣ ва ошкор кардани камбудиҳои мавод истифода мешаванд.
Умуман, муҳаррикҳои пьезоэлектрикӣ дар доираи васеи барномаҳо истифода мешаванд, аз нерӯи дастгоҳҳои хурд то ба мошинҳои калонтар. Онҳо дар пикапҳои гитараҳои электронии пурқувватшуда, барабанҳои электронии муосир, микроскопҳои сканер, принтерҳои рангӣ, дастгоҳҳои тиббӣ, ҷузъҳои автомобилӣ ва электроникаи маишӣ истифода мешаванд. Таъсири пьезоэлектрикӣ инчунин дар истеҳсоли мавҷҳои ултрасадо ва дар ошкор кардани камбудиҳои мавод истифода мешавад.
Барбҳои электронии муосирро ба вуҷуд меорад
Пьезоэлектрикӣ заряди барқест, ки дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристаллҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК ҷамъ мешавад. Ин вокуниши ин маводҳо ба фишори механикии амалӣ мебошад. Калимаи пьезоэлектрикӣ аз калимаи юнонии «piezein», ки маънояш «фишурдан ё пахш кардан» ва калимаи «электрон», ки маънои «янтар»-ро дорад, сарчашмаи қадимии заряди барқ аст.
Моторҳои пьезоэлектрикӣ дастгоҳҳое мебошанд, ки эффекти пьезоэлектриро барои тавлиди ҳаракат истифода мебаранд. Ин таъсир аз таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикии маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсиявӣ ба вуҷуд меояд. Ин як раванди баръакс аст, яъне маводҳое, ки эффекти пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, инчунин эффекти баръакси пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад. Мисоли ин кристаллҳои титанати сирконати сурб мебошанд, ки ҳангоми деформатсияи сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Ва баръакс, вақте ки майдони электрикии беруна татбиқ карда мешавад, кристаллҳо андозаи статикии худро тағир дода, мавҷҳои ултрасадо ба вуҷуд меоранд.
Моторҳои пьезоэлектрикӣ дар барномаҳои гуногуни ҳаррӯза истифода мешаванд, ба монанди:
• Истеҳсоли шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ
• Машъалҳо, оташакҳои сигоркашӣ ва маводҳои эффекти пироэлектрикӣ
• Истеҳсоли потенсиали электрикӣ дар посух ба тағирёбии ҳарорат
• Истеҳсол ва дарёфти садо
• Чопкунии пьезоэлектрикӣ
• Истеҳсоли нерӯи барқи баландшиддат
• Генератори соат ва дастгоҳҳои электронӣ
• Микробаланс
• Соплоҳои ултрасадо ва маҷмӯаҳои оптикии мутамаркази ултранафиро биронед
• Асоси микроскопҳои сканерии зондиро ташкил медиҳад
• Тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунед
• Гитараҳои ба таври электронӣ пурқувватшуда
• Барбҳои электронии муосир.
Моделсозии электромеханикии трансформаторҳои пьезоэлектрикӣ
Дар ин бахш, ман моделсозии электромеханикии трансформаторҳои пьезоэлектрикиро меомӯзам. Ман ба таърихи кашфи пьезоэлектрикй, тачрибахое, ки мавчудияти онро исбот карданд, ба вучуд омадани асбобу материалхои пьезоэлектрикиро аз назар мегузаронам. Ман инчунин саҳми физикҳои фаронсавӣ Пьер ва Жак Кюри, Карл Линней ва Франц Эпинус, Рене Хауи ва Антуан Сезар Беккерел, Габриэл Липпман ва Волдемар Фоигтро муҳокима мекунам.
Физикҳои фаронсавӣ Пьер ва Жак Кюри
Пьезоэлектрикӣ як падидаи электромеханикӣ мебошад, ки дар он заряди барқ дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристалҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК ҷамъ мешавад. Ин заряд дар посух ба фишори механикии истифодашуда тавлид мешавад. Калимаи «пьезоэлектрикӣ» аз калимаи юнонии «piezein» ба маънои «фишурдан ё пахш кардан» ва «электрон», яъне «янтар» сарчашмаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ аз таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикӣ дар мавод бо симметрияи инверсия ба вуҷуд меояд. Ин таъсир баръакс аст, яъне маводе, ки эффекти пьезоэлектрикиро нишон медиҳад, инчунин таъсири пьезоэлектрикии баръаксро нишон медиҳад, ки дар он тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар посух ба майдони электрикии истифодашуда тавлид мешавад. Масалан, кристаллҳои титанати сирконати сурб вақте ки сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ деформатсия мешавад, пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Ва баръакс, вақте ки майдони электрикии беруна татбиқ карда мешавад, кристаллҳо андозаи статикии худро тағир дода, мавҷҳои ултрасадоро дар раванде, ки ҳамчун эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ маълуманд, ба вуҷуд меоранд.
Соли 1880 физикҳои фаронсавӣ Пьер ва Жак Кюри эффекти пьезоэлектрикиро кашф карданд ва аз он замон он барои барномаҳои гуногуни муфид, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддати барқ, генераторҳои соатӣ ва электронӣ истифода мешавад. дастгоҳҳо ба монанди микробалансҳо ва соплоҳои ултрасадоӣ барои маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултраҷаҳонӣ. Он инчунин барои сканкунии микроскопҳои зондӣ, ки метавонад тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунад, асосро ташкил медиҳад. Пьезоэлектрикӣ инчунин дар пикапҳо барои гитараҳои электронии пурқувватшуда ва триггерҳо барои барабанҳои электронии муосир истифода мешавад.
Пьезоэлектрикӣ инчунин истифодаи ҳамарӯзаро пайдо мекунад, ба монанди тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва ғайра. Таъсири пироэлектрикӣ, ки дар он мавод дар посух ба тағирёбии ҳарорат потенсиали электрикӣ тавлид мекунад, аз ҷониби Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 ба донишҳои Рене Ҳауи ва Антуан Сезар Беккерел, ки робитаи байни фишори механикӣ ва заряди барқ, гарчанде ки таҷрибаҳои онҳо бенатиҷа буд.
Бо омезиши дониши худ дар бораи пироэлектрикӣ бо фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ, Кюри тавонистанд пешгӯии пироэлектрикро ба вуҷуд оранд ва рафтори кристаллҳоро пешгӯӣ кунанд. Ин дар таъсири кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди най ва намаки Рошел нишон дода шудааст. Тетрагидрати натрий тартрати калий ва кварц низ пьезоэлектрикӣ нишон доданд. Диски пьезоэлектрикӣ ҳангоми деформатсия шиддат тавлид мекунад, гарчанде ки ин дар намоиши Кюри хеле муболиға карда шудааст. Онҳо инчунин тавонистанд, ки эффекти баръакси пьезоэлектрикиро пешгӯӣ кунанд ва онро аз принсипҳои асосии термодинамикии Габриэл Липпман дар соли 1881 ба таври математикӣ ба даст оранд.
Кюрихо мав-чудияти эффекти баръаксро фавран тасдик карда, барои ба даст овардани далели микдори дар бораи пурра баргардонидани деформацияхои электро-эласто-механики дар кристаллхои пьезоэлектрикй гузаштанд. Дар даҳсолаҳои минбаъда, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, то он даме, ки он як воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри гардид. Кори онҳо оид ба омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристаллӣ, ки пьезоэлектрикиро намоиш медоданд, дар нашри «Лербух дер Кристалфизик»-и Волдемар Фойгт (Китоби дарсии физикаи кристалл) анҷом ёфт.
Таҷрибаҳо бенатиҷа нишон доданд
Пьезоэлектрикӣ як падидаи электромеханикӣ мебошад, ки дар он заряди барқ дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристалҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ, ба монанди устухон ва ДНК ҷамъ мешавад. Ин вокуниш ба фишори механикии амалӣ аст ва вожаи "пьезоэлектрикӣ" аз вожаҳои юнонии "piezein" ба маънои "фишурдан ё пахш кардан" ва "ēlektron", яъне "қаҳрабо", манбаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ аз таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикии маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия ба вуҷуд меояд. Ин як раванди баръакс аст; маводҳое, ки эффекти пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, инчунин таъсири пьезоэлектрикии баръаксро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад. Масалан, кристаллҳои титанати сирконати сурб вақте ки сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ деформатсия мешавад, пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Баръакс, кристаллҳо метавонанд андозаи статикии худро ҳангоми татбиқи майдони электрикии беруна тағйир диҳанд, ки ҳамчун эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ маълум аст, ки дар истеҳсоли мавҷҳои ултрасадо истифода мешавад.
Физикҳои фаронсавӣ Пьер ва Жак Кюри соли 1880 пьезоэлектрикиро кашф карданд. Аз он вақт инҷониб он барои барномаҳои гуногуни муфид, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддати барқ, генераторҳои соат ва дастгоҳҳои электронӣ ба монанди микробалансҳо истифода мешуд. , гардонандаи соплоҳои ултрасадо ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултранафи. Он инчунин асоси микроскопҳои сканкунии зондро ташкил медиҳад, ки метавонанд тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунанд. Пьезоэлектрикӣ инчунин дар пикапҳо барои гитараҳои электронии пурқувватшуда ва триггерҳо барои барабанҳои электронии муосир истифода мешавад.
Пьезоэлектрикӣ истифодаи ҳамарӯзаро дар тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва ғайра пайдо мекунад. Таъсири пироэлектрикӣ, ки дар он мавод дар посух ба тағирёбии ҳарорат потенсиали электрикӣ тавлид мекунад, аз ҷониби Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 ба донишҳои Рене Ҳауи ва Антуан Сезар Беккерел, ки муносибати худро нишон доданд, омӯхтанд. байни фишори механикӣ ва заряди барқ. Тачрибахо бенатича нишон доданд.
Дониши якҷояи пироэлектрикӣ ва фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ боиси пешгӯии пироэлектрикӣ ва қобилияти пешгӯии рафтори кристаллҳо гардид. Ин дар таъсири кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди най ва намаки Рошел нишон дода шудааст. Тетрахидрати калийи тартрат ва кварц низ пьезоэлектрикӣ нишон доданд ва диски пьезоэлектрикӣ барои тавлиди шиддат ҳангоми деформатсия истифода мешуд. Ин дар намоиши эффекти бевоситаи пьезоэлектрики Кюри хеле муболига карда шуд.
Бародарон Пьер ва Жак Кюри эффекти баръакси пьезоэлектрикиро пешгӯӣ карданд ва эффекти баръакс аз принсипҳои асосии термодинамикӣ аз ҷониби Габриэл Липпман дар соли 1881 ба таври математикӣ бароварда шуд. Кюриҳо дарҳол мавҷудияти эффекти баръаксро тасдиқ карданд ва барои гирифтани далели миқдории пурраи он идома доданд. баргардонидани деформацияхои электро-эласто-механики дар кристаллхои пьезоэлектрикй.
Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, аммо он воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри буд. Кори онҳо барои омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристалл, ки пьезоэлектрикиро намоиш медоданд, дар нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт ба анҷом расид. Ин синфҳои кристалии табииро тавсиф кард, ки қобилияти пьезоэлектрикӣ доранд ва бо истифода аз таҳлили тензор константаҳои пьезоэлектрикиро дақиқ муайян карданд. Ин аввалин татбиқи амалии табдилдиҳандаҳои пьезоэлектрикӣ буд ва сонар дар давоми Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ таҳия карда шуд. Дар Фаронса Пол Лангевин ва ҳамкорони ӯ детектори ултрасадои зериобиро таҳия карданд.
Карл Линней ва Франц Аепинус
Пьезоэлектрикӣ як падидаи электромеханикӣ мебошад, ки дар он заряди барқ дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристалҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК ҷамъ мешавад. Ин заряд дар посух ба фишори механикии истифодашуда тавлид мешавад. Калимаи пьезоэлектрикӣ аз калимаҳои юнонии πιέζειν (piezein) ба маънои “фишурдан ё пахш кардан” ва ἤλεκτρον (ēlektron) ба маънои “янтар”, манбаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ аз таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикии маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия ба вуҷуд меояд. Ин таъсир баръакс аст, яъне маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин эффекти баръакси пьезоэлектрикиро нишон медиҳанд, ки тавлиди дохилии шиддати механикӣ дар натиҷаи майдони электрикии татбиқшаванда мебошад. Масалан, кристаллҳои титанати сирконати сурб вақте ки сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ деформатсия мешавад, пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Баръакс, кристаллҳо метавонанд андозаи статикии худро ҳангоми татбиқи майдони электрикии беруна тағйир диҳанд, ки он ҳамчун эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ маълум аст ва дар истеҳсоли мавҷҳои ултрасадо истифода мешавад.
Соли 1880 физикҳои фаронсавӣ Жак ва Пьер Кюри эффекти пьезоэлектрикиро кашф карданд ва аз он вақт он барои бисёр барномаҳои муфид, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддат, генераторҳои соат, дастгоҳҳои электронӣ, микробалансҳо истифода мешавад. , гардонандаи соплоҳои ултрасадо ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултранафи. Он инчунин барои сканкунии микроскопҳои зондӣ, ки барои ҳалли тасвирҳо дар миқёси атомҳо истифода мешаванд, асосро ташкил медиҳад. Пьезоэлектрикӣ инчунин дар пикапҳо барои гитараҳои электронии пурқувватшуда ва триггерҳо барои барабанҳои электронии муосир истифода мешавад.
Пьезоэлектрикӣ инчунин дар истифодаи ҳамарӯза пайдо мешавад, ба монанди тавлиди шарораҳо барои афрӯхтани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва эффекти пироэлектрикӣ, ки ҳангоми вокуниш ба тағирёбии ҳарорат як мавод потенсиали электрикӣ тавлид мекунад. Ин таъсирро Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 омӯхта, ба донишҳои Рене Хауи ва Антуан Сезар Беккерел, ки робитаи байни фишори механикӣ ва заряди барқро муқаррар кардаанд, омӯхтанд, гарчанде ки таҷрибаҳои онҳо бефоида буданд.
Намоиши кристалл пьезо дар компенсатори Кюри дар Осорхонаи Ҳунтериан Шотландия намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикии бародарон Пьер ва Жак Кюри мебошад. Якҷоя кардани дониши онҳо дар бораи пироэлектрикӣ бо фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ боиси пешгӯии пироэлектрикӣ ва қобилияти пешгӯии рафтори кристалл гардид. Ин бо таъсири кристаллҳо, аз қабили турмалин, кварц, топаз, қанди камиш ва намаки Рошел нишон дода шудааст. Тетрагидрати калийи тартрат ва кварц аз намаки Рошел қувваи пьезоэлектрикӣ нишон доданд ва диски пьезоэлектрикӣ ҳангоми деформатсия шиддат тавлид мекунад, гарчанде ки ин дар намоиши Кюриҳо хеле муболиға карда шудааст.
Пешгӯии эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ ва тарҳи математикии он аз принсипҳои асосии термодинамикӣ аз ҷониби Габриэл Липпман дар соли 1881 анҷом дода шуд. Кюриҳо дарҳол мавҷудияти эффекти баръаксро тасдиқ карданд ва барои ба даст овардани далели миқдории баръакси пурраи электроэласто деформатсияи механикӣ дар кристаллҳои пьезоэлектрикӣ. Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, то он даме, ки он як воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри гардид, ки онро барои омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристаллӣ, ки пьезоэлектрикӣ нишон медиҳанд, истифода карданд. Ин бо нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл)-и Волдемар Фойгт ба анҷом расид, ки дар он синфҳои кристаллҳои табиии қодир ба пьезоэлектрикӣ тавсиф карда шудаанд ва константаҳои пьезоэлектрикиро бо истифода аз таҳлили тензорӣ дақиқ муайян кардаанд.
Ин татбиқи амалии табдилдиҳандаҳои пьезоэлектрикӣ боиси рушди сонар дар давоми Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ гардид. Дар Фаронса Пол Лангевин ва ҳамкорони ӯ детектори ултрасадои зериобиро таҳия карданд. Детектор аз табдилдиҳандаи аз кристаллҳои тунуки кварц сохташуда, ки ба плитаҳои пулодӣ бодиққат часпонида шудааст ва гидрофон барои муайян кардани акси садои пас аз баровардани импульси басомади баланд аз табдилдиҳанда иборат буд. Бо чен кардани вақти шунидани акси садои мавҷҳои садо, ки аз объект бармехезад, онҳо тавонистанд масофаи объектро ҳисоб кунанд. Онҳо пьезоэлектрикиро барои муваффақ шудан ба ин сонар истифода бурданд ва лоиҳа рушд ва таваҷҷӯҳи шадидро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард.
Рене Хауи ва Антуан Сезар Беккерел
Пьезоэлектрикӣ як падидаи электромеханикӣ аст, ки вақте рух медиҳад, ки баъзе маводи сахт, ба монанди кристалҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ ба монанди устухон ва ДНК, дар посух ба фишори механикии татбиқшуда заряди барқро ҷамъ мекунанд. Пьезоэлектрикӣ аз калимаи юнонии «piezein» ба маънои «фишурдан ё пахш кардан» ва «электрон», яъне «янтар» сарчашмаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ аз таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикӣ дар маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия ба вуҷуд меояд. Ин таъсир баръакс аст, яъне маънои онро дорад, ки маводе, ки эффекти пьезоэлектрикӣ дорад, инчунин таъсири пьезоэлектрикии баръакс ё тавлиди дохилии шиддати механикиро, ки дар натиҷаи майдони электрикии истифодашуда ба вуҷуд меояд, нишон медиҳад. Масалан, кристаллҳои титанати сирконати сурб вақте ки сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ деформатсия мешавад, пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Баръакс, кристаллҳо метавонанд андозаи статикии худро ҳангоми татбиқи майдони электрикии беруна тағйир диҳанд, ки дар натиҷа эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ ва тавлиди мавҷҳои ултрасадо ба вуҷуд меояд.
Физикҳои фаронсавӣ Пьер ва Жак Кюри соли 1880 эффекти пьезоэлектрикиро кашф карданд. Ин эффект барои барномаҳои гуногуни муфид, аз ҷумла истеҳсол ва муайян кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддат, генераторҳои соатӣ ва дастгоҳҳои электронӣ истифода шудааст. ба монанди микробалансҳо, гардонандаи соплоҳои ултрасадо ва маҷмӯаҳои оптикии фокуси ултранафи. Он инчунин асоси микроскопҳои сканкунии зондро ташкил медиҳад, ки метавонад тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунад. Пьезоэлектрикӣ инчунин дар пикапҳо барои гитараҳои электронии пурқувватшуда ва триггерҳо барои барабанҳои электронии муосир истифода мешавад.
Таъсири пьезоэлектрикӣ бори аввал аз ҷониби Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 омӯхта шуда, ба донишҳои Рене Хауи ва Антуан Сезар Беккерел, ки робитаи байни фишори механикӣ ва заряди барқро муайян карданд, омӯхтанд. Бо вуҷуди ин, таҷрибаҳо бефоида буданд. Дар якҷоягӣ бо дониш дар бораи пироэлектрикӣ ва фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ, ин пешгӯии пироэлектрикӣ ва қобилияти пешгӯии рафтори кристаллро ба вуҷуд овард. Ин дар таъсири кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди най ва намаки Рошел нишон дода шудааст. Тетрахидрати калийи тартрат ва кварц низ пьезоэлектрикӣ нишон доданд ва диски пьезоэлектрикӣ барои тавлиди шиддат ҳангоми деформатсия истифода мешуд. Ин таъсир дар намоиши Кюрихо дар музеи Шотландия, ки таъсири бевоситаи пьезоэлектрикиро нишон дод, хеле муболига карда шуд.
Бародарон Пьер ва Жак Кюри барои ба даст овардани далели миқдорӣ дар бораи бозгашти пурраи деформатсияҳои электроэластомеханикӣ дар кристаллҳои пьезоэлектрикӣ идома доданд. Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, то он даме, ки он як воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри гардид. Ин кор сохторҳои кристаллро, ки пьезоэлектрикӣ нишон медоданд, омӯхта ва муайян кард, ки бо нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт анҷом ёфт.
Кюрихо дархол мавчудияти эффекти баръаксро тасдик карданд ва ба хулосаи математикии принципхои асосии термодинамикии эффекти баръакс гузаштанд. Ин корро Габриэл Липпман дар соли 1881 анҷом дод. Пас аз он дар давраи Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ пьезоэлектрикӣ барои сохтани сонар истифода мешуд. Дар Фаронса Пол Лангевин ва ҳамкорони ӯ детектори ултрасадои зериобиро таҳия карданд. Ин детектор аз табдилдиҳандаи аз кристаллҳои тунуки кварц сохташуда, ки ба плитаҳои пӯлод бодиққат часпонида шудааст ва гидрофон барои муайян кардани акси садои баргардонидашуда иборат буд. Бо баровардани импулси басомади баланд аз табдилдиҳанда ва чен кардани вақти шунидани акси садои мавҷҳои садо, ки аз объект бармехезад, онҳо метавонистанд масофаро то объект ҳисоб кунанд.
Истифодаи кристаллҳои пьезоэлектрикӣ баъд аз Ҷанги Дуюми Ҷаҳонӣ аз ҷониби Laboratories Bell Telephone таҳия карда шуд. Фредерик Р. Лак, ки дар шӯъбаи муҳандисии радиотелефония кор мекард, кристали буридаеро таҳия кард, ки метавонад дар доираи васеи ҳарорат кор кунад. Кристали Лак ба лавозимоти вазнини кристалҳои қаблӣ ниёз надошт, ки истифодаи онро дар ҳавопаймо осон кард. Ин таҳаввулот ба нерӯҳои ҳавоии муттаҳид имкон дод, ки бо истифода аз радиои авиатсия ба ҳамлаҳои оммавии ҳамоҳангшуда машғул шаванд. Рушди дастгоҳҳо ва маводҳои пьезоэлектрикӣ дар Иёлоти Муттаҳида ширкатҳоро дар рушди оғози давраи ҷанг дар ин соҳа нигоҳ дошт ва манфиатҳои гирифтани патентҳои фоидаовар барои маводҳои нав таҳия карда шуданд. Кристаллҳои кварц ҳамчун маводи пьезоэлектрикӣ ба таври тиҷоратӣ истифода мешуданд ва олимон маводи баландтарро ҷустуҷӯ мекарданд. Сарфи назар аз пешрафти масолех ва камолоти процессхои истехсолй Штатхои Муттахида
Габриэл Липпман
Пьезоэлектрикӣ як падидаи электромеханикӣ мебошад, ки дар он заряди барқ дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристалҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ, ба монанди устухон ва ДНК ҷамъ мешавад. Он натиҷаи таъсири мутақобилаи ҳолати механикӣ ва электрикӣ дар мавод бо симметрияи инверсия мебошад. Пьезоэлектрикӣ бори аввал соли 1880 аз ҷониби физикҳои фаронсавӣ Пьер ва Жак Кюри кашф карда шуд.
Пьезоэлектрикӣ барои барномаҳои гуногуни муфид, аз ҷумла истеҳсол ва ошкор кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ ва тавлиди нерӯи барқи баландшиддати барқ истифода шудааст. Пьезоэлектрикӣ аз калимаҳои юнонии πιέζειν (piezein) ба маънои “фишурдан ё пахш кардан” ва ἤλεκτρον (ēlektron) ба маънои “янтар”, манбаи қадимии заряди барқ гирифта шудааст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ баръакс аст, яъне маънои онро дорад, ки маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин таъсири пьезоэлектрикии баръаксро нишон медиҳанд, ки дар он тавлиди дохилии шиддати механикӣ аз истифодаи майдони электрикӣ ба вуҷуд меояд. Масалан, кристаллҳои титанати сирконати сурб вақте ки сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ деформатсия мешавад, пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Баръакс, кристаллҳо метавонанд андозаи статикии худро ҳангоми татбиқи майдони электрикии беруна тағйир диҳанд, ки ин раванд ҳамчун эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ маълум аст. Ин раванд метавонад барои тавлиди мавҷҳои ултрасадо истифода шавад.
Таъсири пьезоэлектрикӣ аз миёнаҳои асри 18, вақте ки Карл Линней ва Франц Аэпинус ба донишҳои Рене Хауи ва Антуан Сезар Беккерел такя карда, робитаи байни фишори механикӣ ва заряди барқро муайян карданд, омӯхта мешавад. Бо вуҷуди ин, таҷрибаҳо бефоида буданд. Танҳо то он даме, ки дониши якҷояи пироэлектрикӣ ва фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ боиси пешгӯии пироэлектрикӣ гардид, ки муҳаққиқон тавонистанд рафтори кристаллро пешгӯӣ кунанд. Ин бо таъсири кристаллҳо, аз қабили турмалин, кварц, топаз, қанди камиш ва намаки Рошел нишон дода шудааст.
Габриэл Липпман соли 1881 принсипҳои асосии термодинамикии эффекти баръакси пьезоэлектрикиро ба таври математикӣ баровардааст. Кюрихо мав-чудияти эффекти баръаксро фавран тасдик намуда, барои ба даст овардани далели микдории пурраи баргардонидани деформацияхои электро-эласто-механики дар кристаллхои пьезоэлектрикй гузаштанд.
Дар тӯли даҳсолаҳо, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, то он даме, ки он як воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер ва Мари Кюри гардид. Кори онҳо барои омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристалл, ки пьезоэлектрикиро намоиш медоданд, дар нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл) Волдемар Фойгт ба анҷом расид. Ин синфҳои кристалии табииро тавсиф кард, ки қобилияти пьезоэлектрикӣ доранд ва константаҳои пьезоэлектрикиро бо таҳлили тензорӣ дақиқ муайян карданд.
Истифодаи амалии дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ аз таҳияи сонар дар давраи Ҷанги Якуми Ҷаҳонӣ оғоз ёфт. Пол Лангевин ва ҳамкорони ӯ детектори ултрасадои зериобиро таҳия карданд. Ин детектор аз табдилдиҳандаи аз кристаллҳои тунуки кварц сохташуда, ки ба плитаҳои пӯлод бодиққат часпонида шудааст ва гидрофон барои муайян кардани акси садои баргардонидашуда иборат буд. Тавассути баровардани импульси басомади баланд аз табдилдиҳанда ва чен кардани вақти шунидани акси садои мавҷҳои садо, ки аз объект бармехӯрад, онҳо тавонистанд масофаи то объектро ҳисоб кунанд. Ин истифодаи пьезоэлектрикӣ барои сонар муваффақ буд ва лоиҳа таваҷҷӯҳи шадиди рушдро ба дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ ба вуҷуд овард. Дар тӯли даҳсолаҳо, маводи нави пьезоэлектрикӣ ва барномаҳои нави ин маводҳо кашф ва таҳия карда шуданд. Дастгоҳҳои пьезоэлектрикӣ хонаҳоро дар соҳаҳои гуногун пайдо карданд, аз картриджҳои фонографии сафолӣ, ки тарҳи плеерро содда карда, плеерҳои арзон ва дақиқро нигоҳ доштан ва сохтанро арзонтар карданд, то таҳияи табдилдиҳандаҳои ултрасадо, ки барои ченкунии осони часпакӣ ва чандирии моеъҳо имкон доданд. ва моддаҳои сахт, ки дар натиҷаи таҳқиқоти мавод ба пешравиҳои бузург ноил гардиданд. Рефлексометрҳои домени вақти ултрасадо набзи ултрасадоро ба мавод мефиристанд ва инъикосҳо ва қатъиятҳоро барои дарёфти камбудиҳо дар дохили ашёи металлӣ ва сангӣ чен мекунанд ва бехатарии сохторро беҳтар мекунанд.
Пас аз Ҷанги Дуюми Ҷаҳонӣ, гурӯҳҳои таҳқиқотии мустақил дар Иёлоти Муттаҳида, Русия ва Ҷопон як синфи нави маводи синтетикиро кашф карданд, ки ферроэлектрикҳо ном доранд, ки доимии пьезоэлектрикиро то даҳ маротиба бештар аз маводи табиӣ нишон медиҳанд. Ин боиси таҳқиқоти пуршиддат оид ба таҳияи титанати барий ва баъдтар титанати сирконати сурб, маводҳои дорои хосиятҳои хос барои барномаҳои мушаххас гардид. Мисоли намоёни истифодаи кристаллҳои пьезоэлектрикӣ таҳия карда шуд
Волдемар Фойт
Пьезоэлектрикӣ як падидаи электромеханикӣ мебошад, ки дар он заряди барқ дар баъзе маводи сахт, ба монанди кристалҳо, сафолҳо ва моддаҳои биологӣ, ба монанди устухон ва ДНК ҷамъ мешавад. Ин заряд дар посух ба фишори механикии истифодашуда тавлид мешавад. Калимаи пьезоэлектрикӣ аз калимаи юнонии «piezein» гирифта шудааст, ки маънои «фишурдан ё пахш кардан» ва «электрон»-ро дорад, ки маънояш «янтар», манбаи қадимии заряди барқ аст.
Таъсири пьезоэлектрикӣ аз таъсири мутақобилаи хаттии электромеханикӣ байни ҳолати механикӣ ва электрикии маводи кристаллӣ бо симметрияи инверсия ба вуҷуд меояд. Ин таъсир баръакс аст, яъне маънои онро дорад, ки маводҳое, ки пьезоэлектрикӣ доранд, инчунин таъсири пьезоэлектрикии баръаксро нишон медиҳанд, ки дар он тавлиди дохилии шиддати механикӣ аз майдони электрикии истифодашуда ба вуҷуд меояд. Масалан, кристаллҳои титанати сирконати сурб вақте ки сохтори статикии онҳо аз андозаи аслии худ деформатсия мешавад, пьезоэлектрикии ченшаванда тавлид мекунанд. Баръакс, кристалҳо метавонанд андозаи статикии худро ҳангоми татбиқи майдони электрикии беруна тағйир диҳанд, ки ин падида бо номи эффекти баръакси пьезоэлектрикӣ маълум аст, ки дар истеҳсоли мавҷҳои ултрасадо истифода мешавад.
Физикҳои фаронсавӣ Пьер ва Жак Кюри соли 1880 пьезоэлектрикиро кашф карданд. Аз он вақт инҷониб эффекти пьезоэлектрикӣ барои барномаҳои гуногуни муфид, аз ҷумла истеҳсол ва ошкор кардани садо, чопи пьезоэлектрикӣ, тавлиди нерӯи барқи баландшиддат, генераторҳои соат ва дастгоҳҳои электронӣ истифода мешавад. ба монанди микробалансҳо ва гардонандаи соплоҳои ултрасадо барои тамаркузи ултранафии анҷуманҳои оптикӣ. Он инчунин асоси микроскопҳои сканкунии зондро ташкил медиҳад, ки метавонанд тасвирҳоро дар миқёси атомҳо ҳал кунанд. Илова бар ин, пикапҳо дар гитараҳои электронии пурқувватшуда ва триггерҳо дар барабанҳои электронии муосир аз эффекти пьезоэлектрикӣ истифода мебаранд.
Пьезоэлектрикӣ инчунин истифодаи ҳамарӯзаро дар тавлиди шарораҳо барои оташ задани газ дар дастгоҳҳои пухтупаз ва гармидиҳӣ, машъалҳо, оташакҳои сигор ва ғайра пайдо мекунад. Таъсири пироэлектрикӣ, ки дар он мавод дар посух ба тағирёбии ҳарорат потенсиали электрикӣ тавлид мекунад, аз ҷониби Карл Линней ва Франц Аэпинус дар миёнаҳои асри 18 омӯхта шуда, ба донишҳои Рене Хауи ва Антуан Сезар Беккерел, ки робитаи байни механикиро пешниҳод кардаанд, омӯхтанд. стресс ва заряди барқ. Таҷрибаҳо барои исботи ин муносибат бефоида буданд.
Намоиши кристалл пьезо дар компенсатори Кюри дар Осорхонаи Ҳунтериан Шотландия намоиши эффекти мустақими пьезоэлектрикии бародарон Пьер ва Жак Кюри мебошад. Якҷоя кардани дониши онҳо дар бораи пироэлектрикӣ бо фаҳмиши сохторҳои кристаллӣ боиси пешгӯии пироэлектрикӣ гардид, ки ба онҳо имкон дод, ки рафтори кристаллро, ки онҳо дар таъсири кристаллҳо ба монанди турмалин, кварц, топаз, қанди камиш ва намаки Рошел нишон доданд, пешгӯӣ кунанд. . Тетрахидрати натрий ва калий тартрат ва кварц низ пьезоэлектрикӣ нишон доданд ва диски пьезоэлектрикӣ барои тавлиди шиддат ҳангоми деформатсия истифода мешуд. Ин тағирёбии шакл дар намоиши Кюриҳо хеле муболиға карда шуд ва онҳо идома доданд, ки эффекти баръакси пьезоэлектрикиро пешгӯӣ кунанд. Таъсири баръакс аз принсипҳои асосии термодинамикӣ аз ҷониби Габриэл Липпман дар соли 1881 ба таври математикӣ бароварда шуд.
Кюрихо мав-чудияти эффекти баръаксро фавран тасдик карда, барои ба даст овардани далели микдори дар бораи пурра баргардонидани деформацияхои электро-эласто-механики дар кристаллхои пьезоэлектрикй гузаштанд. Дар даҳсолаҳои минбаъда, пьезоэлектрикӣ як кунҷковии лабораторӣ боқӣ монд, то он даме, ки он як воситаи муҳим дар кашфи полоний ва радий аз ҷониби Пьер Мари Кюри гардид, ки онро барои омӯхтан ва муайян кардани сохторҳои кристаллӣ, ки пьезоэлектрикӣ нишон медиҳанд, истифода бурд. Ин бо нашри китоби Лербух дер Кристалфизик (Китоби дарсии физикаи кристалл)-и Волдемар Фойгт ба анҷом расид, ки дар он синфҳои кристаллҳои табиии қодир ба пьезоэлектрикӣ тавсиф карда шудаанд ва константаҳои пьезоэлектрикиро бо истифода аз таҳлили тензорӣ дақиқ муайян кардаанд.
Ин боиси дар амал татбик намудани асбобхои пьезоэлектрикй, монанди сонар гардид, ки дар давраи чанги якуми чахон сохта шуда буд. Дар Франция Поль Лангевин ва хамкорони у детектори зериобии ултрасадоро кор карда баромаданд. Ин детектор аз табдилдиҳандаи аз кристаллҳои тунуки кварц сохташуда, ки ба плитаҳои пӯлод бодиққат часпонида шудааст ва гидрофон барои муайян кардани акси садои пас аз баровардани импулси басомади баланд аз табдилдиҳанда иборат буд. Бо чен кардани вақти шунидани акси садои мавҷҳои садо, ки аз объект бармехезанд, онҳо метавонистанд масофаро то объект ҳисоб кунанд. Онҳо барои муваффақ шудан ба ин сонар аз пьезоэлектрик истифода карданд ва лоиҳа рушд ва таваҷҷӯҳи шадидро ба вуҷуд овард.
Муносибатҳои муҳим
- Фаъолкунандаҳои пьезоэлектрикӣ: Фаъолкунандаҳои пьезоэлектрикӣ дастгоҳҳое мебошанд, ки энергияи барқро ба ҳаракати механикӣ табдил медиҳанд. Онҳо одатан дар робототехника, дастгоҳҳои тиббӣ ва дигар барномаҳое истифода мешаванд, ки назорати дақиқи ҳаракат лозим аст.
- Сенсорҳои пьезоэлектрикӣ: Сенсорҳои пьезоэлектрикӣ барои чен кардани параметрҳои физикӣ ба монанди фишор, шитоб ва ларзиш истифода мешаванд. Онҳо аксар вақт дар барномаҳои саноатӣ ва тиббӣ, инчунин дар электроникаи маишӣ истифода мешаванд.
- Пьезоэлектрикӣ дар табиат: Пьезоэлектрикӣ як падидаи табиист, ки дар баъзе маводҳо рух медиҳад ва дар бисёр организмҳои зинда мавҷуд аст. Онро баъзе организмҳо барои ҳис кардани муҳити худ ва муошират бо организмҳои дигар истифода мебаранд.
хулоса
Пьезоэлектрикӣ як падидаи аҷибест, ки дар барномаҳои гуногун аз сонар то картриджҳои фонограф истифода шудааст. Он аз миёнаҳои солҳои 1800-ум омӯхта шудааст ва дар рушди технологияи муосир ба таъсири бузург истифода шудааст. Ин паёми блог таърих ва истифодаи пьезоэлектрикиро омӯхта, аҳамияти ин падидаро дар рушди технологияи муосир таъкид кардааст. Барои онҳое, ки мехоҳанд дар бораи пьезоэлектрикӣ бештар маълумот гиранд, ин паём як нуқтаи ибтидоӣ мебошад.
Ман Ҷост Нусселдер, асосгузори Neaera ва як фурӯшандаи мундариҷа, падарам ва дӯст медорам, ки таҷҳизоти нав бо гитара дар маркази ишқи ман озмоиш карда шавад ва дар якҷоягӣ бо дастаи худ ман аз соли 2020 мақолаҳои амиқи блог эҷод мекунам. барои кӯмак ба хонандагони содиқ бо сабт ва маслиҳатҳои гитара.
