Piezoelektriklik: Mekaniğini ve Uygulamalarını Anlamak İçin Kapsamlı Bir Kılavuz

merhaba, okuyucularım için ipuçlarıyla dolu ücretsiz içerik oluşturmayı seviyorum. Ücretli sponsorlukları kabul etmiyorum, kendi görüşüm, ancak önerilerimi faydalı bulursanız ve bağlantılarımdan biri aracılığıyla beğendiğiniz bir şeyi satın alırsanız, size hiçbir ek ücret ödemeden komisyon kazanabilirim. DAHA FAZLA ÖĞREN

Piezoelektrik, belirli malzemelerin mekanik strese maruz kaldığında elektrik üretme yeteneğidir ve bunun tersi de geçerlidir. Kelime, basınç ve elektrik anlamına gelen Yunanca piezo'dan geliyor. İlk olarak 1880'de keşfedildi, ancak kavram uzun zamandır biliniyor.

Piezoelektrikliğin en iyi bilinen örneği kuartzdır, ancak diğer birçok malzeme de bu fenomeni sergiler. Piezoelektrikliğin en yaygın kullanımı ultrason üretimidir.

Bu yazıda piezoelektrikliğin ne olduğunu, nasıl çalıştığını ve bu şaşırtıcı fenomenin birçok pratik uygulamasından bazılarını tartışacağım.

Piezoelektrik nedir?

Piezoelektrik, belirli malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak bir elektrik yükü üretme yeteneğidir. Ters simetri ile kristal malzemelerde mekanik ve elektriksel durumlar arasındaki doğrusal bir elektromekanik etkileşimdir. Piezoelektrik malzemeler, yüksek voltajlı elektrik, saat üreteçleri, elektronik cihazlar, mikro teraziler, tahrik ultrasonik nozullar ve ultra ince odaklama optik düzenekleri üretmek için kullanılabilir.

Piezoelektrik malzemeler arasında kristaller, belirli seramikler, kemik ve DNA gibi biyolojik maddeler ve proteinler bulunur. Piezoelektrik bir malzemeye bir kuvvet uygulandığında, bir elektrik yükü üretir. Bu şarj daha sonra cihazlara güç sağlamak veya voltaj oluşturmak için kullanılabilir.

Piezoelektrik malzemeler, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılır:
• Ses üretimi ve algılanması
• Piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı
• Yüksek voltajlı elektrik üretimi
• Saat üreteçleri
• Elektronik aletler
• Mikro teraziler
• Tahrik ultrasonik nozulları
• Ultra ince odaklama optik düzenekleri
• Transfer elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlar için
• Modern elektronik davullar için tetikleyiciler
• Gazı tutuşturmak için kıvılcım üretimi
• Pişirme ve ısıtma cihazları
• Meşaleler ve çakmaklar.

Piezoelektrikliğin tarihçesi nedir?

Piezoelektrik, 1880'de Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie tarafından keşfedildi. Uygulanan mekanik strese yanıt olarak kristaller, seramikler ve biyolojik madde gibi bazı katı malzemelerde biriken elektrik yüküdür. "Piezoelektrik" kelimesi Yunanca "sıkmak" veya "basmak" anlamına gelen "piezein" ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan "kehribar" anlamına gelen "elektron" kelimesinden türetilmiştir.

Curies'in birleşik piroelektrik bilgisi ve altta yatan kristal yapı anlayışı, piroelektrik tahminine ve kristal davranışını tahmin etme yeteneğine yol açtı. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisinde gösterildi.

Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladı ve piezoelektrik kristallerdeki elektro-elasto-mekanik deformasyonların tamamen tersine çevrilebilirliğinin nicel kanıtını elde etmeye devam etti. Piezoelektrik, Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araç haline gelene kadar on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı.

Piezoelektrik, ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri ve elektronik cihazlar, mikro teraziler, tahrik ultrasonik nozüller, optik düzeneklerin ultra ince odaklaması ve formlar dahil olmak üzere birçok yararlı uygulama için kullanılmıştır. görüntüleri atom ölçeğinde çözmek için taramalı prob mikroskoplarının temeli.

Birinci Dünya Savaşı sırasında sonarın gelişimi, Bell Telephone Laboratories tarafından geliştirilen piezoelektrik kristallerin kullanımına tanık oldu. Bu, Müttefik hava kuvvetlerinin havacılık radyosunu kullanarak koordineli toplu saldırılara katılmasına izin verdi. Amerika Birleşik Devletleri'nde piezoelektrik cihazların ve malzemelerin geliştirilmesi, şirketleri yeni malzemeler için karlı patentler alarak çıkar alanlarında savaş zamanı başlangıçlarının geliştirilmesinde tuttu.

Japonya, Amerika Birleşik Devletleri piezoelektrik endüstrisinin yeni uygulamalarını ve büyümesini gördü ve hızla kendi endüstrisini geliştirdi. Bilgileri hızlı bir şekilde paylaştılar ve baryum titanat geliştirdiler ve daha sonra belirli uygulamalar için belirli özelliklere sahip kurşun zirkonat titanat malzemeleri geliştirdiler.

Piezoelektrik, 1880'deki keşfinden bu yana çok yol kat etti ve şimdi çeşitli günlük uygulamalarda kullanılıyor. Ayrıca, dökme metal ve taş nesnelerin içindeki kusurları bulmak için yansımaları ve süreksizlikleri ölçmek üzere bir malzemeden ultrasonik bir darbe gönderen ve yapısal güvenliği artıran ultrasonik zaman alanlı reflektometreler gibi malzeme araştırmalarında ilerlemeler sağlamak için kullanılmıştır.

Piezoelektrik Nasıl Çalışır?

Bu bölümde, piezoelektrikliğin nasıl çalıştığını keşfedeceğim. Katılarda elektrik yükü birikimine, doğrusal elektromekanik etkileşime ve bu fenomeni oluşturan tersinir sürece bakacağım. Ayrıca piezoelektriğin tarihini ve uygulamalarını tartışacağım.

Katılarda Elektrik Yükü Birikimi

Piezoelektrik etki, inversiyon simetrisine sahip kristal malzemelerdeki mekanik ve elektriksel durumlar arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimden kaynaklanır. Tersine çevrilebilir bir süreçtir, yani piezoelektriklik sergileyen materyaller aynı zamanda ters piezoelektrik etki sergiler, burada uygulanan bir elektrik alanından dahili mekanik gerinim oluşur. Ölçülebilir piezoelektrik üreten malzemelerin örnekleri arasında kurşun zirkonat titanat kristalleri bulunur.

Fransız fizikçiler Pierre ve Jacques Curie, 1880'de piezoelektriği keşfettiler. O zamandan beri, ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri ve mikro teraziler gibi elektronik cihazlar dahil olmak üzere çeşitli yararlı uygulamalar için kullanıldı. ve optik düzeneklerin ultra ince odaklaması için ultrasonik nozulları çalıştırın. Ayrıca görüntüleri atom ölçeğinde çözebilen taramalı prob mikroskoplarının da temelini oluşturur. Piezoelektrik, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlar için manyetiklerde ve modern elektronik davullar için tetikleyicilerde de kullanılır.

Piezoelektrik, gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmede, pişirme ve ısıtma cihazlarında, meşalelerde, çakmaklarda ve bir malzemenin sıcaklık değişimine tepki olarak bir elektrik potansiyeli oluşturduğu piroelektrik etkide günlük kullanımlar bulur. Bu, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, mekanik stres ile elektrik yükü arasında bir ilişki olduğunu öne süren René Haüy ve Antoine César Becquerel'in bilgilerinden yararlanılarak incelenmiştir. Deneyler sonuçsuz kaldı.

İskoçya'daki Hunterian Müzesi'ndeki Curie kompansatöründeki bir piezo kristalinin görünümü, doğrudan piezoelektrik etkinin bir gösterimidir. Pierre ve Jacques Curie kardeşler, piroelektrik bilgisini, piroelektrik tahminine yol açan, altta yatan kristal yapılara ilişkin bir anlayışla birleştirdiler. Kristal davranışını tahmin edebildiler ve turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerdeki etkiyi gösterdiler. Sodyum potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars da piezoelektriklik sergiledi. Bir piezoelektrik disk deforme olduğunda bir voltaj üretir ve Curies'in gösteriminde şekil değişikliği büyük ölçüde abartılmıştır.

Ters piezoelektrik etkiyi tahmin edebildiler ve ters etki, 1881'de Gabriel Lippmann tarafından matematiksel olarak çıkarıldı. Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladılar ve elektro-elasto-elasto- piezoelektrik kristallerde mekanik deformasyonlar.

Piezoelektrik, on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı, ancak Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araçtı. Piezoelektriklik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmaları, piezoelektriklik yeteneğine sahip doğal kristal sınıflarını tanımlayan ve tensör analizi yoluyla piezoelektrik sabitlerini titizlikle tanımlayan Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla doruk noktasına ulaştı. Bu piezoelektrik cihazların pratik uygulamasıydı ve sonar I. Dünya Savaşı sırasında geliştirildi. Fransa'da Paul Langevin ve çalışma arkadaşları ultrasonik bir denizaltı dedektörü geliştirdiler.

Dedektör bir parçadan oluşuyordu. güç çevirici çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden ve geri dönen yankıyı algılamak için bir hidrofondan yapılmıştır. yüksek yayarak Sıklık dönüştürücüden gelen darbeyi ve bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçerek, nesneye olan mesafeyi hesaplayabildiler. Sonarı başarılı kılmak için piezoelektrik kullandılar ve proje piezoelektrik cihazlarda yoğun bir gelişme ve ilgi yarattı. On yıllar boyunca, yeni piezoelektrik malzemeler ve malzemeler için yeni uygulamalar keşfedildi ve geliştirildi ve piezoelektrik cihazlar çeşitli alanlarda kendine yer buldu. Seramik fonograf kartuşları, oynatıcı tasarımını basitleştirdi ve bakımı daha ucuz ve yapımı daha kolay olan ucuz ve doğru plak çalarlar için yapıldı.

Ultrasonik transdüserlerin geliştirilmesi, sıvıların ve katıların viskozitesinin ve esnekliğinin kolayca ölçülmesine izin vererek malzeme araştırmalarında büyük ilerlemeler sağladı.

Doğrusal Elektromekanik Etkileşim

Piezoelektrik, belirli malzemelerin mekanik strese maruz kaldığında elektrik yükü üretme yeteneğidir. Kelime, eski bir elektrik yükü kaynağı olan “sıkmak veya bastırmak” anlamına gelen Yunanca πιέζειν (piezein) ve “kehribar” anlamına gelen ἤλεκτρον (ēlektron) kelimelerinden türetilmiştir.

Piezoelektrik, 1880'de Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie tarafından keşfedildi. Ters simetri ile kristal malzemelerin mekanik ve elektriksel durumları arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşime dayanır. Bu etki tersine çevrilebilir, yani piezoelektriklik sergileyen materyaller aynı zamanda ters bir piezoelektrik etki sergiler, bu sayede uygulanan bir elektrik alanından dahili mekanik gerinim oluşur. Statik yapılarından deforme olduklarında ölçülebilir piezoelektriklik üreten malzemelerin örnekleri arasında kurşun zirkonat titanat kristalleri bulunur. Tersine, ters piezoelektrik etki olarak bilinen ve ultrason dalgalarının üretiminde kullanılan harici bir elektrik alanı uygulandığında kristaller statik boyutlarını değiştirebilir.

Best strings for electric guitar

Piezoelektrik, aşağıdakiler gibi çeşitli yararlı uygulamalar için kullanılmıştır:

• Ses üretimi ve algılanması
• Piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı
• Yüksek voltajlı elektrik üretimi
• Saat üreteci
• Elektronik aletler
• Mikro teraziler
• Tahrik ultrasonik nozulları
• Ultra ince odaklama optik düzenekleri
• Görüntüleri atom ölçeğinde çözmek için taramalı prob mikroskoplarının temelini oluşturur
• Elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlarda manyetikler
• Modern elektronik davullardaki tetikleyiciler
• Pişirme ve ısıtma cihazlarında gazı tutuşturmak için kıvılcım çıkarmak
• Meşaleler ve çakmaklar

Piezoelektrik, sıcaklık değişimine tepki olarak elektrik potansiyeli oluşturan bir malzeme olan piroelektrik etkide de günlük kullanım alanı bulur. Bu, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, mekanik stres ile elektrik yükü arasında bir ilişki olduğunu öne süren René Haüy ve Antoine César Becquerel'in bilgilerinden yararlanılarak incelenmiştir. Ancak deneyler sonuçsuz kaldı.

İskoçya'daki Hunterian Müzesi'ndeki Curie kompansatöründeki bir piezo kristalini izlemek, doğrudan piezoelektrik etkinin bir gösterimidir. Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla sonuçlanan, piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfeden ve tanımlayan Pierre ve Jacques Curie kardeşlerin çalışmasıydı. Bu, piezoelektriklik yapabilen doğal kristal sınıflarını tanımladı ve piezoelektrik sabitlerini tensör analizi yoluyla titizlikle tanımlayarak piezoelektrik cihazların pratik uygulamasına yol açtı.

Sonar, I. Dünya Savaşı sırasında, Fransız Paul Langevin ve iş arkadaşlarının bir ultrasonik denizaltı dedektörü geliştirmesiyle geliştirildi. Bu detektör, çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden yapılmış bir dönüştürücü ve dönüştürücüden yüksek frekanslı bir darbe gönderdikten sonra geri dönen yankıyı algılamak için bir hidrofondan oluşuyordu. Bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçerek, piezoelektrikten yararlanarak nesnenin mesafesini hesaplayabildiler. Bu projenin başarısı, yeni piezoelektrik malzemeler ve bu malzemeler için keşfedilen ve geliştirilen yeni uygulamalarla on yıllar boyunca piezoelektrik cihazlarda yoğun bir gelişme ve ilgi yarattı. Piezoelektrik cihazlar, oynatıcı tasarımını basitleştiren ve daha ucuz ve daha doğru plak çalarlar için yapılan ve yapımı ve bakımı daha ucuz ve daha kolay olan seramik fonograf kartuşları gibi birçok alanda kendine yer buldu.

Ultrasonik transdüserlerin geliştirilmesi, sıvıların ve katıların viskozitesinin ve esnekliğinin kolayca ölçülmesine izin vererek malzeme araştırmalarında büyük ilerlemeler sağladı. Ultrasonik zaman alanlı reflektometreler, bir malzemeye ultrasonik bir darbe gönderir ve dökme metal ve taş nesnelerin içindeki kusurları bulmak için yansımaları ve süreksizlikleri ölçerek yapısal güvenliği artırır. II. Dünya Savaşı'nın ardından, Amerika Birleşik Devletleri, Rusya ve Japonya'daki bağımsız araştırma grupları, doğal malzemelerden birçok kez daha yüksek piezoelektrik sabitleri sergileyen, ferroelektrik adı verilen yeni bir sentetik malzeme sınıfı keşfettiler. Bu, baryum titanat geliştirmek için yoğun araştırmalara yol açtı ve daha sonra belirli uygulamalar için belirli özelliklere sahip malzemeler olan zirkonat titanata öncülük etti.

Piezoelektrik kristallerin kullanımının önemli bir örneği, II. Dünya Savaşı'nın ardından Bell Telefon Laboratuvarları tarafından geliştirildi. Telsiz telefon mühendisliği bölümünde çalışan Frederick R. Lack,

Tersinir Süreç

Piezoelektrik, kristaller, seramikler gibi belirli katı malzemelerde ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddelerde biriken bir elektrik yüküdür. Bu malzemelerin uygulanan mekanik strese tepkisidir. 'Piezoelektrik' kelimesi Yunanca 'sıkmak' veya 'basmak' anlamına gelen 'piezein' ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan 'kehribar' anlamına gelen 'ēlektron' kelimelerinden gelir.

Piezoelektrik etki, ters simetri ile kristal malzemelerin mekanik ve elektriksel durumları arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimden kaynaklanır. Bu tersine çevrilebilir bir işlemdir, yani piezoelektriklik sergileyen malzemeler aynı zamanda, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim oluşumu olan ters piezoelektrik etkiyi de sergiler. Ölçülebilir piezoelektrik üreten malzemelerin örnekleri arasında kurşun zirkonat titanat kristalleri bulunur. Bu kristallerin statik yapıları bozulduğunda orijinal boyutlarına geri dönerler ve tersine dışarıdan bir elektrik alan uygulandığında statik boyutlarını değiştirerek ultrason dalgaları üretirler.

Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie 1880'de piezoelektriği keşfettiler. O zamandan beri ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri, elektronik cihazlar, mikro teraziler dahil olmak üzere çeşitli yararlı uygulamalar için kullanıldı. ultrasonik nozulları ve ultra ince odaklama optik düzeneklerini çalıştırın. Ayrıca görüntüleri atom ölçeğinde çözebilen taramalı prob mikroskoplarının temelini oluşturur. Piezoelektrik, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlar için manyetiklerde ve modern elektronik davullar için tetikleyicilerde de kullanılır.

Piezoelektrik ayrıca pişirme ve ısıtma cihazlarında, meşalelerde, çakmaklarda ve daha fazlasında gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmek gibi günlük kullanımlar da bulur. Bir malzemenin bir sıcaklık değişikliğine tepki olarak bir elektrik potansiyeli oluşturduğu piroelektrik etki, 18. yüzyılın ortalarında kehribar bilgisinden yararlanarak Carl Linnaeus, Franz Aepinus ve René Haüy tarafından incelenmiştir. Antoine César Becquerel, mekanik stres ile elektrik yükü arasında bir ilişki olduğunu öne sürdü, ancak deneyler sonuçsuz kaldı.

Glasgow'daki Hunterian Müzesi'ni ziyaret edenler, Pierre ve Jacques Curie kardeşler tarafından doğrudan piezoelektrik etkinin bir gösterimi olan Piezo Crystal Curie Compensator'ı görebilirler. Piroelektrik bilgilerini altta yatan kristal yapılara ilişkin bir anlayışla birleştirmek, piroelektrik öngörüsüne ve kristal davranışını tahmin etme yeteneğine yol açtı. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisiyle kanıtlanmıştır. Sodyum ve potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars da piezoelektriklik sergiledi ve deforme olduğunda voltaj üretmek için bir piezoelektrik disk kullanıldı. Şekildeki bu değişiklik, ters piezoelektrik etkiyi tahmin etmek için Curies tarafından büyük ölçüde abartıldı. Ters etki, 1881'de Gabriel Lippmann tarafından temel termodinamik ilkelerden matematiksel olarak çıkarıldı.

Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladı ve piezoelektrik kristallerdeki elektro-elasto-mekanik deformasyonların tamamen tersine çevrilebilirliğinin nicel kanıtını elde etmeye devam etti. Piezoelektrik, on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı, ancak Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araçtı. Piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmaları, Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla sonuçlandı. Bu, piezoelektriklik yeteneğine sahip doğal kristal sınıflarını tanımladı ve tensör analizi kullanarak piezoelektrik sabitlerini titizlikle tanımladı.

Sonar gibi piezoelektrik cihazların pratik uygulaması I. Dünya Savaşı sırasında geliştirildi. Fransa'da Paul Langevin ve çalışma arkadaşları bir ultrasonik denizaltı dedektörü geliştirdiler. Bu dedektör, çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden yapılmış bir dönüştürücü ve geri dönen yankıyı algılamak için bir hidrofondan oluşuyordu. Dönüştürücüden yüksek frekanslı bir darbe yayarak ve bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçerek, nesnenin mesafesini hesaplayabildiler. Bu sonarı başarılı kılmak için piezoelektrik kullandılar. Bu proje, piezoelektrik cihazlarda yoğun bir gelişme ve ilgi yarattı ve on yıllar boyunca yeni piezoelektrik malzemeler ve bu malzemeler için yeni uygulamalar keşfedildi ve geliştirildi. Piezoelektrik cihazlar

Piezoelektrikliğe Ne Sebep Olur?

Bu bölümde, piezoelektrikliğin kökenlerini ve bu fenomeni sergileyen çeşitli malzemeleri keşfedeceğim. Eski elektrik yükünün kaynağı olan Yunanca 'piezein' kelimesine ve piroelektrik etkisine bakacağım. Ayrıca Pierre ve Jacques Curie'nin keşiflerinden ve 20. yüzyılda piezoelektrik cihazların geliştirilmesinden de bahsedeceğim.

Yunanca Kelime Piezein

Piezoelektriklik, elektrik yükünün kristaller, seramikler gibi bazı katı malzemelerde ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddelerde birikmesidir. Bu malzemelerin uygulanan mekanik strese tepkisinden kaynaklanır. Piezoelektrik kelimesi, Yunanca "sıkmak veya bastırmak" anlamına gelen "piezein" ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan "kehribar" anlamına gelen "ēlektron" kelimesinden gelir.

Piezoelektrik etki, ters simetri ile kristal malzemelerin mekanik ve elektriksel durumları arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimden kaynaklanır. Tersine çevrilebilir bir süreçtir, yani piezoelektriklik sergileyen materyaller aynı zamanda, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim oluşumu olan ters piezoelektrik etki de sergiler. Örneğin, kurşun zirkonat titanat kristalleri, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektrik üretir. Tersine, ters piezoelektrik etki olarak bilinen ve ultrason dalgalarının üretimi olan harici bir elektrik alanı uygulandığında kristaller statik boyutlarını değiştirebilir.

Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie, 1880'de piezoelektriği keşfettiler. Piezoelektrik etki, ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri ve mikro teraziler gibi elektronik cihazlar dahil olmak üzere birçok yararlı uygulama için kullanıldı. , sürücü ultrasonik nozullar ve ultra ince odaklama optik düzenekleri. Ayrıca görüntüleri atom ölçeğinde çözebilen taramalı prob mikroskoplarının da temelini oluşturur. Piezoelektrik, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlar için manyetiklerde ve modern elektronik davullar için tetikleyicilerde de kullanılır.

Piezoelektrik, pişirme ve ısıtma cihazlarında, meşalelerde, çakmaklarda ve daha fazlasında gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmek gibi günlük kullanım alanları bulur. Bir sıcaklık değişikliğine tepki olarak elektrik potansiyelinin üretilmesi olan piroelektrik etki, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, aralarında bir ilişki olduğunu öne süren René Haüy ve Antoine César Becquerel'in bilgisinden yararlanılarak incelenmiştir. mekanik stres ve elektrik yükü. Deneyler sonuçsuz kaldı.

İskoçya'daki müzede ziyaretçiler, Pierre ve Jacques Curie kardeşler tarafından doğrudan piezoelektrik etkinin bir gösterimi olan piezo kristal Curie kompansatörünü görebilirler. Piroelektrik bilgilerini, altta yatan kristal yapılara ilişkin bir anlayışla birleştirmek, piroelektrik öngörüsüne ve kristal davranışını tahmin etme yeteneğine yol açtı. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisiyle gösterildi. Sodyum potasyum tartrat tetrahidrat ve Rochelle tuzundan elde edilen kuvars, piezoelektriklik sergiledi ve bir piezoelektrik disk deforme olduğunda voltaj üretiyor. Şekildeki bu değişiklik, Curies'in gösterisinde büyük ölçüde abartılmıştır.

Curies, piezoelektrik kristallerdeki elektro-elasto-mekanik deformasyonların tamamen tersine çevrilebilirliğinin nicel kanıtını elde etmeye devam etti. Piezoelektrik, Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araç haline gelene kadar on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı. Piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmaları, Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla sonuçlandı. Bu, piezoelektriklik yapabilen doğal kristal sınıflarını tanımladı ve tensör analizi yoluyla piezoelektrik sabitlerini titizlikle tanımladı.

Piezoelektriğin bu pratik uygulaması I. Dünya Savaşı sırasında sonarın gelişmesine yol açtı. Fransa'da Paul Langevin ve çalışma arkadaşları bir ultrasonik denizaltı detektörü geliştirdiler. Dedektör, yüksek frekanslı bir darbe yaydıktan sonra geri dönen yankıyı algılamak için hidrofon adı verilen çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden yapılmış bir dönüştürücüden oluşuyordu. Dönüştürücü, nesnenin mesafesini hesaplamak için bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçtü. Sonarda piezoelektrik kullanımı bir başarıydı ve proje on yıllardır piezoelektrik cihazlarda yoğun bir gelişme ve ilgi yarattı.

Eski Elektrik Yükü Kaynağı

Piezoelektrik, kristaller, seramikler gibi bazı katı malzemelerde ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddelerde biriken elektrik yüküdür. Malzemenin uygulanan mekanik strese verdiği tepkiden kaynaklanır. "Piezoelektrik" kelimesi Yunanca "sıkmak veya bastırmak" anlamına gelen "piezein" kelimesinden ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan "kehribar" anlamına gelen "elektron" kelimesinden gelir.

Piezoelektrik etki, ters simetri ile kristal malzemelerin mekanik ve elektriksel durumları arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimden kaynaklanır. Tersine çevrilebilir bir süreçtir, yani piezoelektriklik sergileyen materyaller aynı zamanda, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim oluşumu olan ters piezoelektrik etki de sergiler. Örneğin, kurşun zirkonat titanat kristalleri, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektrik üretir. Tersine, harici bir elektrik alanı uygulandığında, kristaller ters bir piezoelektrik etkide statik boyutlarını değiştirerek ultrason dalgaları üretirler.

Piezoelektrik etki, 1880'de Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie tarafından keşfedildi. Ses üretimi ve algılanması, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri ve mikro teraziler gibi elektronik cihazlar ve optik düzeneklerin ultra ince odaklanması için tahrik ultrasonik nozullar dahil olmak üzere çeşitli yararlı uygulamalar için kullanılır. Ayrıca görüntüleri atom ölçeğinde çözmek için kullanılan taramalı prob mikroskoplarının temelini oluşturur. Piezoelektrik, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlar için manyetiklerde ve modern elektronik davullar için tetikleyicilerde de kullanılır.

Piezoelektrik, pişirme ve ısıtma cihazlarında, meşalelerde, çakmaklarda ve daha fazlasında gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmede günlük kullanım alanı bulur. Sıcaklık değişimine tepki olarak elektrik potansiyelinin üretimi olan piroelektrik etki, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, mekanik ile mekanik arasında bir ilişki olduğunu öne süren René Haüy ve Antoine César Becquerel'in bilgisinden yararlanılarak incelenmiştir. stres ve elektrik yükü. Ancak deneyleri sonuçsuz kaldı.

İskoçya'daki Hunterian Müzesi'ndeki bir piezo kristali ve Curie kompansatörünün görünümü, doğrudan piezoelektrik etkiyi göstermektedir. Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla sonuçlanan, piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfeden ve tanımlayan Pierre ve Jacques Curie kardeşlerin çalışmasıydı. Bu, piezoelektriklik yapabilen doğal kristal sınıflarını tanımladı ve piezoelektrik cihazların pratik uygulamasına izin veren tensör analizi yoluyla piezoelektrik sabitlerini titizlikle tanımladı.

Sonar, Birinci Dünya Savaşı sırasında, ultrasonik bir denizaltı dedektörü geliştiren Fransız Paul Langevin ve iş arkadaşları tarafından geliştirildi. Dedektör, çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden yapılmış bir dönüştürücü ve geri dönen yankıyı algılamak için bir hidrofondan oluşuyordu. Dönüştürücüden yüksek frekanslı bir darbe yayarak ve bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçerek, nesneye olan mesafeyi hesaplayabildiler. Bu sonarı başarılı kılmak için piezoelektrik kullandılar. Proje, on yıllardır piezoelektrik cihazlarda yoğun bir gelişme ve ilgi yarattı.

piroelektriklik

Piezoelektrik, belirli malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü biriktirme yeteneğidir. Ters simetri ile kristal malzemelerin mekanik ve elektriksel durumları arasında doğrusal bir elektromekanik etkileşimdir. "Piezoelektrik" kelimesi Yunanca "sıkmak veya bastırmak" anlamına gelen "piezein" kelimesinden ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan "kehribar" anlamına gelen Yunanca "ēlektron" kelimesinden türetilmiştir.

Piezoelektrik etki, 1880'de Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie tarafından keşfedildi. Bu tersine çevrilebilir bir süreçtir, yani piezoelektrik etki sergileyen materyaller aynı zamanda, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim olan ters piezoelektrik etkiyi de sergiler. Ölçülebilir piezoelektrik üreten malzemelerin örnekleri arasında kurşun zirkonat titanat kristalleri bulunur. Statik bir yapı deforme olduğunda orijinal boyutuna geri döner. Tersine, harici bir elektrik alanı uygulandığında, ultrason dalgalarının üretilmesiyle sonuçlanan ters piezoelektrik etki üretilir.

Piezoelektrik etki, ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri ve mikro teraziler, sürücü ultrasonik nozullar ve ultra ince odaklama optik düzenekleri gibi elektronik cihazlar dahil olmak üzere birçok yararlı uygulamada kullanılır. Aynı zamanda, görüntüleri atom ölçeğinde çözmek için kullanılan taramalı prob mikroskoplarının da temelini oluşturur. Piezoelektrik, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlar için manyetiklerde ve modern elektronik davullar için tetikleyicilerde de kullanılır.

Piezoelektrik, pişirme ve ısıtma cihazlarında, meşalelerde, çakmaklarda ve daha fazlasında gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmek gibi günlük kullanım alanları bulur. Bir sıcaklık değişikliğine yanıt olarak elektrik potansiyelinin üretimi olan piroelektrik etki, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, bir ilişki olduğunu öne süren René Haüy ve Antoine César Becquerel'in bilgisinden yararlanılarak incelenmiştir. mekanik stres ve elektrik yükü arasında. Ancak deneyler sonuçsuz kaldı.

İskoçya'daki Curie Compensator Müzesi'ndeki bir piezo kristalinin görünümü, doğrudan piezoelektrik etkinin bir gösterimidir. Pierre ve Jacques Curie kardeşler, piroelektriklik bilgilerini ve altta yatan kristal yapılar hakkındaki anlayışlarını birleştirerek piroelektriklik anlayışını ortaya çıkardı ve kristal davranışını tahmin etti. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisinde gösterildi. Sodyum potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvarsın piezoelektrik sergilediği bulundu ve deforme olduğunda voltaj oluşturmak için bir piezoelektrik disk kullanıldı. Bu, Curies tarafından ters piezoelektrik etkiyi tahmin etmek için büyük ölçüde abartıldı. Ters etki, 1881'de Gabriel Lippmann tarafından temel termodinamik ilkelerle matematiksel olarak çıkarıldı.

Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladı ve piezoelektrik kristallerdeki elektro-elasto-mekanik deformasyonların tamamen tersine çevrilebilirliğinin nicel kanıtını elde etmeye devam etti. Takip eden yıllarda, piezoelektrik, Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araç haline gelene kadar bir laboratuvar merakı olarak kaldı. Piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmaları, Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla sonuçlandı.

Sonarın gelişimi başarılı oldu ve proje piezoelektrik cihazlarda yoğun bir gelişme ve ilgi yarattı. Takip eden yıllarda, yeni piezoelektrik malzemeler ve bu malzemeler için yeni uygulamalar keşfedildi ve geliştirildi. Piezoelektrik cihazlar, oynatıcı tasarımını basitleştiren ve bakımı daha ucuz ve yapımı daha kolay olan daha ucuz, daha doğru plak çalarlar yapan seramik fonograf kartuşları gibi birçok alanda kendine yer buldu. Ultrasonik transdüserlerin geliştirilmesi, sıvıların ve katıların viskozitesinin ve esnekliğinin kolayca ölçülmesine izin vererek malzeme araştırmalarında büyük ilerlemeler sağladı. Ultrasonik zaman alanlı reflektometreler, bir malzemeye ultrasonik bir darbe gönderir ve dökme metal ve taş nesnelerin içindeki kusurları bulmak için yansımaları ve süreksizlikleri ölçerek yapısal güvenliği artırır.

II. Dünya Savaşı'nın ardından, Amerika Birleşik Devletleri, Rusya ve Japonya'daki bağımsız araştırma grupları, ferroelektrik adı verilen ve piezoelektrik sabitleri sergileyen yeni bir sentetik malzeme sınıfı keşfettiler.

Piezoelektrik Malzemeler

Bu bölümde, belirli malzemelerin uygulanan mekanik gerilime tepki olarak elektrik yükü biriktirme yeteneği olan piezoelektrik etki sergileyen malzemeleri tartışacağım. Kristallere, seramiklere, biyolojik maddelere, kemiğe, DNA'ya ve proteinlere ve hepsinin piezoelektrik etkiye nasıl tepki verdiğine bakacağım.

kristaller

Piezoelektrik, belirli malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü biriktirme yeteneğidir. Piezoelektrik kelimesi Yunanca 'sıkmak' veya 'basmak' anlamına gelen πιέζειν (piezein) ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan 'kehribar' anlamına gelen ἤλεκτρον (ēlektron) kelimelerinden türetilmiştir. Piezoelektrik malzemeler arasında kristaller, seramikler, biyolojik madde, kemik, DNA ve proteinler bulunur.

Piezoelektrik, inversiyon simetrisine sahip kristal malzemelerde mekanik ve elektriksel durumlar arasındaki doğrusal bir elektromekanik etkileşimdir. Bu etki tersine çevrilebilir, yani piezoelektriklik sergileyen malzemeler aynı zamanda, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim oluşumu olan ters piezoelektrik etkiyi de sergiler. Ölçülebilir piezoelektrik üreten malzemelerin örnekleri arasında, orijinal boyutlarına deforme olabilen veya tersine, harici bir elektrik alanı uygulandığında statik boyutlarını değiştiren kurşun zirkonat titanat kristalleri yer alır. Bu, ters piezoelektrik etki olarak bilinir ve ultrason dalgaları üretmek için kullanılır.

Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie, 1880'de piezoelektriği keşfettiler. Piezoelektrik etki, ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri ve elektronik cihazlar dahil olmak üzere çeşitli yararlı uygulamalar için kullanıldı. mikro teraziler, tahrikli ultrasonik nozullar ve ultra ince odaklamalı optik düzenekler olarak. Ayrıca görüntüleri atom ölçeğinde çözmek için kullanılan taramalı prob mikroskoplarının temelini oluşturur. Piezoelektrik manyetikler, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlarda ve modern elektronik davullarda tetikleyicilerde de kullanılır.

Piezoelektrik, meşaleler ve çakmakların yanı sıra pişirme ve ısıtma cihazlarında gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmede günlük kullanım alanı bulur. Bir sıcaklık değişikliğine tepki olarak elektrik potansiyelinin üretilmesi olan piroelektrik etki, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, mekanik ile mekanik arasında bir ilişki olduğunu öne süren René Haüy ve Antoine César Becquerel'den yararlanılarak incelenmiştir. stres ve elektrik yükü. Bu teoriyi kanıtlamak için yapılan deneyler sonuçsuz kaldı.

İskoçya'daki Hunterian Müzesi'ndeki Curie kompansatöründeki bir piezo kristalinin görünümü, doğrudan piezoelektrik etkinin bir gösterimidir. Pierre ve Jacques Curie kardeşler, piroelektriklik hakkındaki bilgilerini, piroelektriklik tahminini ortaya çıkarmak için altta yatan kristal yapılara dair bir anlayışla birleştirdiler. Kristal davranışını tahmin edebildiler ve turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerdeki etkiyi gösterdiler. Sodyum potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars da piezoelektriklik sergiledi. Bir piezoelektrik disk deforme olduğunda voltaj üretir; Curies'in gösterisinde şekil değişikliği büyük ölçüde abartılıyor.

Ayrıca ters piezoelektrik etkiyi tahmin edebildiler ve arkasındaki temel termodinamik ilkeleri matematiksel olarak çıkarabildiler. Gabriel Lippmann bunu 1881'de yaptı. Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladı ve piezoelektrik kristallerdeki elektro-elasto-mekanik deformasyonların tamamen tersine çevrilebilirliğinin nicel kanıtını elde etmeye devam etti.

Piezoelektrik, on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı, ancak Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araçtı. Piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmaları, piezoelektriklik yeteneğine sahip doğal kristal sınıflarını tanımlayan ve tensör analizi kullanarak piezoelektrik sabitlerini titizlikle tanımlayan Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla doruk noktasına ulaştı.

Sonarda piezoelektrik cihazların pratik uygulaması I. Dünya Savaşı sırasında geliştirildi. Fransa'da Paul Langevin ve çalışma arkadaşları bir ultrasonik denizaltı dedektörü geliştirdiler. Bu dedektör, yüksek frekanslı bir darbe yaydıktan sonra geri dönen yankıyı algılamak için hidrofon adı verilen çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden yapılmış bir dönüştürücüden oluşuyordu. Bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçerek, nesneye olan mesafeyi hesaplayabildiler. Sonarda piezoelektriğin bu kullanımı bir başarıydı ve proje on yıllar boyunca piezoelektrik cihazlarda yoğun bir gelişme ve ilgi yarattı.

Seramik

Piezoelektrik malzemeler, uygulanan mekanik gerilime tepki olarak elektrik yükü biriktiren katılardır. Piezoelektriklik, 'sıkmak' veya 'basmak' anlamına gelen Yunanca πιέζειν (piezein) ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan 'kehribar' anlamına gelen ἤλεκτρον (ēlektron) kelimelerinden türetilmiştir. Piezoelektrik malzemeler, ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı ve yüksek voltajlı elektrik üretimi dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılır.

Piezoelektrik malzemeler kristallerde, seramiklerde, biyolojik maddelerde, kemikte, DNA'da ve proteinlerde bulunur. Seramikler, günlük uygulamalarda kullanılan en yaygın piezoelektrik malzemelerdir. Seramikler, bir katı oluşturmak için yüksek sıcaklıklara ısıtılan kurşun zirkonat titanat (PZT) gibi metal oksitlerin bir kombinasyonundan yapılır. Seramikler son derece dayanıklıdır ve aşırı sıcaklıklara ve basınçlara dayanabilir.

Piezoelektrik seramikler, aşağıdakiler dahil çeşitli kullanımlara sahiptir:

• Meşaleler ve çakmaklar gibi pişirme ve ısıtma cihazları için gazı tutuşturmak üzere kıvılcımlar üretmek.
• Tıbbi görüntüleme için ultrason dalgaları oluşturma.
• Saat jeneratörleri ve elektronik cihazlar için yüksek voltajlı elektrik üretimi.
• Hassas tartımda kullanılmak üzere mikro teraziler oluşturma.
• Optik düzeneklerin ultra ince odaklaması için tahrik ultrasonik nozulları.
• Görüntüleri atom ölçeğinde çözebilen taramalı prob mikroskoplarının temelini oluşturur.
• Elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlar için alıcılar ve modern elektronik davullar için tetikleyiciler.

Piezoelektrik seramikler, tüketici elektroniğinden tıbbi görüntülemeye kadar geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılmaktadır. Son derece dayanıklıdırlar ve aşırı sıcaklıklara ve basınçlara dayanabilirler, bu da onları çeşitli endüstrilerde kullanım için ideal kılar.

Biyolojik Madde

Piezoelektrik, belirli malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü biriktirme yeteneğidir. Yunanca 'sıkmak veya bastırmak' anlamına gelen 'piezein' ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan 'kehribar' anlamına gelen 'ēlektron' kelimesinden türetilmiştir.

Kemik, DNA ve proteinler gibi biyolojik maddeler piezoelektriklik sergileyen maddeler arasındadır. Bu etki tersine çevrilebilir, yani piezoelektriklik sergileyen materyaller aynı zamanda, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim oluşumu olan ters piezoelektrik etki de sergiler. Bu malzemelerin örnekleri, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektriklik üreten kurşun zirkonat titanat kristallerini içerir. Tersine, harici bir elektrik alanı uygulandığında, kristaller statik boyutlarını değiştirerek ters piezoelektrik etki yoluyla ultrason dalgaları üretirler.

Piezoelektrikliğin keşfi, 1880'de Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie tarafından yapıldı. O zamandan beri, aşağıdakiler gibi çeşitli yararlı uygulamalar için kullanıldı:

• Ses üretimi ve algılanması
• Piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı
• Yüksek voltajlı elektrik üretimi
• Saat üreteci
• Elektronik aletler
• Mikro teraziler
• Tahrik ultrasonik nozulları
• Ultra ince odaklama optik düzenekleri
• Taramalı prob mikroskoplarının temelini oluşturur
• Görüntüleri atom ölçeğinde çözün
• Elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlarda manyetikler
• Modern elektronik davullardaki tetikleyiciler

Piezoelektrik ayrıca gazlı pişirme ve ısıtma cihazları, meşaleler, çakmaklar ve daha fazlası gibi günlük eşyalarda da kullanılır. Sıcaklık değişimine tepki olarak elektrik potansiyelinin üretimi olan piroelektrik etki, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından incelenmiştir. René Haüy ve Antoine César Becquerel'in bilgisinden yararlanarak, mekanik stres ile elektrik yükü arasında bir ilişki olduğunu öne sürdüler, ancak deneyleri sonuçsuz kaldı.

İskoçya'daki Hunterian Müzesi'ndeki Curie Kompansatöründeki bir piezo kristalinin görünümü, doğrudan piezoelektrik etkinin bir gösterimidir. Pierre ve Jacques Curie kardeşler, piroelektriklik hakkındaki bilgilerini ve altta yatan kristal yapılar hakkındaki anlayışlarını birleştirerek piroelektriklik tahminine yol açtı ve kristal davranışını tahmin etti. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisiyle kanıtlanmıştır. Sodyum ve potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars da piezoelektriklik sergiledi ve deforme olduğunda voltaj üretmek için bir piezoelektrik disk kullanıldı. Bu etki, Curies tarafından ters piezoelektrik etkiyi tahmin etmek için büyük ölçüde abartıldı. Ters etki, 1881'de Gabriel Lippmann tarafından temel termodinamik ilkelerden matematiksel olarak çıkarıldı.

Kemik

Piezoelektrik, belirli malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü biriktirme yeteneğidir. Kemik, bu fenomeni sergileyen böyle bir malzemedir.

Kemik, kollajen, kalsiyum ve fosfor dahil olmak üzere protein ve minerallerden oluşan bir tür biyolojik maddedir. Tüm biyolojik materyaller arasında en piezoelektrik olanıdır ve mekanik strese maruz kaldığında voltaj üretebilir.

Kemikteki piezoelektrik etki, benzersiz yapısının bir sonucudur. Bir mineral matrisine gömülü bir kolajen lifleri ağından oluşur. Kemik mekanik strese maruz kaldığında, kollajen lifleri hareket ederek minerallerin polarize olmasına ve bir elektrik yükü oluşturmasına neden olur.

Kemikteki piezoelektrik etkinin bir dizi pratik uygulaması vardır. Kemik kırıklarını ve diğer anormallikleri saptamak için ultrason ve röntgen görüntüleme gibi tıbbi görüntülemede kullanılır. Ses dalgalarını doğrudan iç kulağa gönderilen elektrik sinyallerine dönüştürmek için piezoelektrik etkiyi kullanan kemik iletimli işitme cihazlarında da kullanılır.

Kemikteki piezoelektrik etki, yapay eklemler ve protez uzuvlar gibi ortopedik implantlarda da kullanılır. İmplantlar, mekanik enerjiyi daha sonra cihaza güç sağlamak için kullanılan elektrik enerjisine dönüştürmek için piezoelektrik etkiyi kullanır.

Ek olarak, yeni tıbbi tedavilerin geliştirilmesinde kullanılmak üzere kemikteki piezoelektrik etki araştırılmaktadır. Örneğin, araştırmacılar kemik büyümesini uyarmak ve hasarlı dokuyu onarmak için piezoelektrik kullanımını araştırıyorlar.

Genel olarak, kemikteki piezoelektrik etki, çok çeşitli pratik uygulamaları olan büyüleyici bir olgudur. Çeşitli tıbbi ve teknolojik uygulamalarda kullanılmakta ve yeni tedavilerin geliştirilmesinde kullanılması araştırılmaktadır.

DNA

Piezoelektrik, belirli malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü biriktirme yeteneğidir. DNA da bu etkiyi gösteren materyallerden biridir. DNA, tüm canlı organizmalarda bulunan biyolojik bir moleküldür ve dört nükleotit bazından oluşur: adenin (A), guanin (G), sitozin (C) ve timin (T).

DNA, mekanik strese maruz kaldığında elektrik yükü oluşturmak için kullanılabilen karmaşık bir moleküldür. Bunun nedeni, DNA moleküllerinin hidrojen bağları ile bir arada tutulan iki nükleotid zincirinden oluşmasıdır. Bu bağlar kırıldığında elektrik yükü oluşur.

DNA'nın piezoelektrik etkisi, aşağıdakiler dahil çeşitli uygulamalarda kullanılmıştır:

• Tıbbi implantlar için elektrik üretimi
• Hücrelerdeki mekanik kuvvetleri algılama ve ölçme
• Nano ölçekli sensörler geliştirme
• DNA dizilimi için biyosensörler oluşturma
• Görüntüleme için ultrason dalgaları oluşturma

DNA'nın piezoelektrik etkisi, nanoteller ve nanotüpler gibi yeni malzemelerin geliştirilmesindeki potansiyel kullanımı için de araştırılmaktadır. Bu malzemeler, enerji depolama ve algılama dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için kullanılabilir.

DNA'nın piezoelektrik etkisi kapsamlı bir şekilde incelenmiştir ve mekanik strese karşı oldukça duyarlı olduğu bulunmuştur. Bu, onu yeni malzemeler ve teknolojiler geliştirmek isteyen araştırmacılar ve mühendisler için değerli bir araç haline getiriyor.

Sonuç olarak DNA, uygulanan mekanik strese tepki olarak elektrik yükünü biriktirme yeteneği olan piezoelektrik etki sergileyen bir malzemedir. Bu etki, tıbbi implantlar, nano ölçekli sensörler ve DNA dizileme dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılmıştır. Ayrıca nanoteller ve nanotüpler gibi yeni malzemelerin geliştirilmesinde potansiyel kullanımı araştırılmaktadır.

Proteinler

Piezoelektrik, belirli malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü biriktirme yeteneğidir. Proteinler, kristaller, seramikler gibi piezoelektrik malzemeler ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddeler bu etkiyi sergiler. Özellikle proteinler, elektrik yükü oluşturmak için deforme olabilen karmaşık bir amino asit yapısından oluştukları için benzersiz bir piezoelektrik malzemedir.

Proteinler en bol bulunan piezoelektrik malzeme türüdür ve çeşitli formlarda bulunurlar. Kollajen ve keratin gibi yapısal proteinlerin yanı sıra enzimler, hormonlar ve antikorlar şeklinde bulunabilirler. Proteinler ayrıca kas kasılması ve gevşemesinden sorumlu olan kas proteinleri formunda da bulunur.

Proteinlerin piezoelektrik etkisi, proteinlerin karmaşık bir amino asit yapısından oluşmasından kaynaklanmaktadır. Bu amino asitler deforme olduklarında elektrik yükü üretirler. Bu elektrik yükü daha sonra sensörler ve aktüatörler gibi çeşitli cihazlara güç sağlamak için kullanılabilir.

Proteinler aynı zamanda çeşitli tıbbi uygulamalarda da kullanılmaktadır. Örneğin, hastalıkları teşhis etmek için kullanılabilecek vücuttaki belirli proteinlerin varlığını tespit etmek için kullanılırlar. Ayrıca enfeksiyonları teşhis etmek için kullanılabilen belirli bakteri ve virüslerin varlığını tespit etmek için de kullanılırlar.

Proteinler ayrıca çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanılır. Örneğin, çeşitli endüstriyel işlemler için sensörler ve aktüatörler oluşturmak için kullanılırlar. Ayrıca uçak ve diğer araçların yapımında kullanılabilecek malzemeleri oluşturmak için kullanılırlar.

Sonuç olarak proteinler, çeşitli uygulamalarda kullanılabilen benzersiz bir piezoelektrik malzemedir. Elektrik yükü oluşturmak için deforme olabilen karmaşık bir amino asit yapısından oluşurlar ve çeşitli tıbbi ve endüstriyel uygulamalarda kullanılırlar.

Piezoelektrik ile Enerji Toplama

Bu bölümde, enerji toplamak için piezoelektrikliğin nasıl kullanılabileceğini tartışacağım. Piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskıdan saat üreteçlerine ve mikro terazilere kadar çeşitli piezoelektrik uygulamalarına bakacağım. Ayrıca Pierre Curie tarafından keşfedilmesinden II. Son olarak, piezoelektrik endüstrisinin mevcut durumunu ve daha fazla büyüme potansiyelini tartışacağım.

Piezoelektrik Mürekkep Püskürtmeli Baskı

Piezoelektrik, belirli malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak bir elektrik yükü üretme yeteneğidir. "Piezoelektrik" kelimesi, eski bir elektrik yükü kaynağı olan Yunanca "piezein" (sıkmak veya bastırmak) ve "elektron" (kehribar) sözcüklerinden türetilmiştir. Kristaller, seramikler gibi piezoelektrik malzemeler ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddeler çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır.

Piezoelektrik, elektronik cihazlarda ve mikro terazilerde bir saat üreteci olarak yüksek voltajlı elektrik üretmek için kullanılır. Ayrıca ultrasonik nozulları ve ultra ince odaklama optik düzeneklerini sürmek için kullanılır. Piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, bu teknolojinin popüler bir uygulamasıdır. Bu, bir sayfaya mürekkep damlacıkları püskürtmek için kullanılan yüksek frekanslı bir titreşim oluşturmak için piezoelektrik kristalleri kullanan bir baskı türüdür.

Piezoelektrikliğin keşfi, Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie'nin etkiyi keşfettiği 1880 yılına kadar uzanır. O zamandan beri piezoelektrik etki, çeşitli yararlı uygulamalar için kullanıldı. Piezoelektrik, gazlı pişirme ve ısıtma cihazları, meşaleler, çakmaklar ve elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlardaki pikaplar ve modern elektronik davullardaki tetikleyiciler gibi günlük öğelerde kullanılır.

Piezoelektrik, bilimsel araştırmalarda da kullanılır. Atom ölçeğindeki görüntüleri çözmek için kullanılan taramalı prob mikroskoplarının temelidir. Ayrıca, bir malzemeye ultrasonik darbeler gönderen ve süreksizlikleri tespit etmek ve dökme metal ve taş nesnelerin içindeki kusurları bulmak için yansımaları ölçen ultrasonik zaman alanlı reflektometrelerde de kullanılır.

Piezoelektrik cihazların ve malzemelerin gelişimi, daha iyi performans ve daha kolay üretim süreçlerine olan ihtiyaçtan kaynaklanmıştır. Amerika Birleşik Devletleri'nde ticari kullanım için kuvars kristallerinin geliştirilmesi, piezoelektrik endüstrisinin büyümesinde önemli bir faktör olmuştur. Buna karşılık, Japon üreticiler hızlı bir şekilde bilgi paylaşabilmiş ve yeni uygulamalar geliştirerek Japon pazarında hızlı bir büyümeye yol açmıştır.

Piezoelektrik, çakmak gibi günlük eşyalardan ileri bilimsel araştırmalara kadar enerjiyi kullanma şeklimizde devrim yarattı. Yeni malzemeler ve uygulamalar keşfetmemizi ve geliştirmemizi sağlayan çok yönlü bir teknolojidir ve önümüzdeki yıllarda hayatımızın önemli bir parçası olmaya devam edecektir.

Yüksek Gerilim Elektrik Üretimi

Piezoelektrik, belirli katı malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü biriktirme yeteneğidir. 'Piezoelektrik' kelimesi Yunanca 'sıkmak' veya 'basmak' anlamına gelen 'piezein' ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan 'kehribar' anlamına gelen 'ēlektron' kelimelerinden türetilmiştir. Piezoelektrik, inversiyon simetrisine sahip kristal malzemelerde mekanik ve elektriksel durumlar arasındaki doğrusal bir elektromekanik etkileşimdir.

Piezoelektrik etki tersine çevrilebilir bir süreçtir; piezoelektriklik sergileyen malzemeler aynı zamanda ters piezoelektrik etki, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim sergilerler. Örneğin, kurşun zirkonat titanat kristalleri, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektrik üretir. Tersine, kristaller, ultrason dalgalarının üretiminde kullanılan ters piezoelektrik etki olarak bilinen bir dış elektrik alanı uygulandığında statik boyutlarını değiştirebilir.

Piezoelektrik etki, yüksek voltajlı elektrik üretimi de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılır. Piezoelektrik malzemeler, sesin üretilmesi ve algılanmasında, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskıda, saat üreteçlerinde, elektronik cihazlarda, mikro terazilerde, tahrikli ultrasonik memelerde ve ultra ince odaklama optik düzeneklerinde kullanılır.

Piezoelektrik, pişirme ve ısıtma cihazlarında, meşalelerde, çakmaklarda ve sıcaklık değişimine tepki olarak elektrik potansiyeli oluşturan piroelektrik efektli malzemelerde gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmek gibi günlük uygulamalarda da kullanılır. Bu etki, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, mekanik stres ile elektrik yükü arasında bir ilişki olduğunu öne süren René Haüy ve Antoine César Becquerel'in bilgilerinden yararlanılarak incelendi, ancak deneyleri sonuçsuz kaldı.

Piroelektrikliğin birleşik bilgisi ve altta yatan kristal yapıların anlaşılması, piroelektrikliğin tahminine ve kristal davranışını tahmin etme yeteneğine yol açtı. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisiyle kanıtlanmıştır. Sodyum potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars da piezoelektriklik sergiledi ve deforme olduğunda voltaj oluşturmak için bir piezoelektrik disk kullanıldı. Bu, Curies'in doğrudan piezoelektrik etki gösterisinde büyük ölçüde abartılmıştı.

Pierre ve Jacques Curie kardeşler, piezoelektrik kristallerdeki elektro-elasto-mekanik deformasyonların tamamen tersine çevrilebilirliğinin nicel kanıtını elde etmeye devam ettiler. Piezoelektrik, on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı, ancak Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araçtı. Piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmaları, piezoelektriklik yeteneğine sahip doğal kristal sınıflarını tanımlayan ve tensör analizi kullanarak piezoelektrik sabitlerini titizlikle tanımlayan Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla doruk noktasına ulaştı.

Piezoelektrik cihazların pratik uygulaması I. Dünya Savaşı sırasında sonarın geliştirilmesiyle başladı. Fransa'da Paul Langevin ve çalışma arkadaşları bir ultrasonik denizaltı dedektörü geliştirdiler. Dedektör, çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden yapılmış bir dönüştürücü ve geri dönen yankıyı algılamak için bir hidrofondan oluşuyordu. Dönüştürücüden yüksek frekanslı bir darbe yayarak ve bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçerek, nesnenin mesafesini hesaplayabildiler. Sonarı başarılı kılmak için piezoelektrik kullandılar ve proje, sonraki yıllarda piezoelektrik cihazlarda yoğun bir gelişme ve ilgi yarattı.

Yeni piezoelektrik malzemeler ve bu malzemeler için yeni uygulamalar keşfedildi ve geliştirildi. Piezoelektrik cihazlar, oynatıcı tasarımını basitleştiren ve bakımı daha ucuz ve yapımı daha kolay olan daha ucuz, daha doğru plak çalarlar yapan seramik fonograf kartuşları gibi çeşitli alanlarda kendine yer buldu. Ultrasonik transdüserlerin geliştirilmesi, sıvıların ve katıların viskozitesinin ve esnekliğinin kolayca ölçülmesine izin vererek malzeme araştırmalarında büyük ilerlemeler sağladı. Ultrasonik zaman alanlı reflektometreler, bir malzemeye ultrasonik bir darbe gönderir ve dökme metal ve taş nesnelerin içindeki kusurları bulmak için yansımaları ve süreksizlikleri ölçerek yapısal güvenliği artırır.

İkinci Dünya Savaşı, Amerika Birleşik Devletleri, Rusya ve Japonya'daki bağımsız araştırma gruplarının fer adı verilen yeni bir sentetik malzeme sınıfı keşfettiğini gördü.

Saat Jeneratörü

Piezoelektrik, belirli malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü biriktirme yeteneğidir. Bu fenomen, saat üreteçleri de dahil olmak üzere bir dizi yararlı uygulama oluşturmak için kullanılmıştır. Saat üreteçleri, hassas zamanlama ile elektrik sinyalleri üretmek için piezoelektrik kullanan cihazlardır.

Saat üreteçleri, bilgisayarlar, telekomünikasyon ve otomotiv sistemleri gibi çeşitli uygulamalarda kullanılır. Elektrik sinyallerinin doğru zamanlamasını sağlamak için kalp pilleri gibi tıbbi cihazlarda da kullanılırlar. Saat üreteçleri, hassas zamanlamanın gerekli olduğu endüstriyel otomasyon ve robotikte de kullanılır.

Piezoelektrik etki, inversiyon simetrisine sahip kristal malzemelerdeki mekanik ve elektriksel durumlar arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşime dayanır. Bu etki tersine çevrilebilir, yani piezoelektriklik sergileyen malzemeler bir elektrik alanı uygulandığında mekanik gerinim de oluşturabilir. Bu, ters piezoelektrik etki olarak bilinir ve ultrason dalgaları üretmek için kullanılır.

Saat üreteçleri, hassas zamanlamayla elektrik sinyalleri üretmek için bu ters piezoelektrik etkiyi kullanır. Piezoelektrik malzeme, belirli bir frekansta titreşmesine neden olan bir elektrik alanı tarafından deforme edilir. Bu titreşim daha sonra kesin bir zamanlama sinyali oluşturmak için kullanılan bir elektrik sinyaline dönüştürülür.

Saat üreteçleri, tıbbi cihazlardan endüstriyel otomasyona kadar çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Güvenilir, doğru ve kullanımı kolay olmaları, onları birçok uygulama için popüler bir seçim haline getiriyor. Piezoelektrik, modern teknolojinin önemli bir parçasıdır ve saat üreteçleri bu olgunun birçok uygulamasından sadece biridir.

Elektronik aletler

Piezoelektrik, belirli katı malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü biriktirme yeteneğidir. Piezoelektrik etki olarak bilinen bu fenomen, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlardaki manyetiklerden modern elektronik davullardaki tetikleyicilere kadar çeşitli elektronik cihazlarda kullanılır.

Piezoelektrik, eski bir elektrik yükü kaynağı olan "sıkmak" veya "basmak" anlamına gelen Yunanca πιέζειν (piezein) ve "kehribar" anlamına gelen ἤλεκτρον (ēlektron) kelimelerinden türetilmiştir. Piezoelektrik malzemeler, piezoelektrik etki sergileyen kristaller, seramikler ve kemik ve DNA proteinleri gibi biyolojik maddelerdir.

Piezoelektrik etki, inversiyon simetrisine sahip kristal malzemelerde mekanik ve elektriksel durumlar arasındaki doğrusal bir elektromekanik etkileşimdir. Tersine çevrilebilir bir işlemdir, yani piezoelektrik etki sergileyen materyaller aynı zamanda, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim oluşumu olan ters piezoelektrik etki de sergiler. Örneğin, kurşun zirkonat titanat kristalleri, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektrik üretir. Tersine, kristaller, ultrason dalgalarının üretiminde kullanılan ters piezoelektrik etki olarak bilinen bir dış elektrik alanı uygulandığında statik boyutlarını değiştirebilir.

Piezoelektrikliğin keşfi, 1880'de doğrudan piezoelektrik etkiyi gösteren Fransız fizikçiler Pierre ve Jacques Curie'ye atfedilir. Piroelektriklik hakkındaki birleşik bilgileri ve altta yatan kristal yapıları anlamaları, piroelektrik etkinin tahminine ve tahmin etme yeteneğine yol açtı. turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisiyle kristal davranışı gösterildi.

Piezoelektrik, pişirme ve ısıtma cihazlarında gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmek, meşaleler, çakmaklar ve sıcaklık değişimine tepki olarak elektrik potansiyeli oluşturan piroelektrik efekt malzemeleri gibi çeşitli günlük uygulamalarda kullanılmıştır. Bu, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, mekanik stres ile elektrik yükü arasında bir ilişki olduğunu öne süren René Haüy ve Antoine César Becquerel'in bilgilerinden yararlanılarak incelenmiştir. Bununla birlikte, İskoçya'daki Curie kompansatör müzesindeki bir piezo kristalinin görüntüsü Curie kardeşlerin doğrudan piezoelektrik etkisini gösterene kadar deneyler sonuçsuz kaldı.

Piezoelektrik, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlardaki manyetiklerden modern elektronik davullardaki tetikleyicilere kadar çeşitli elektronik cihazlarda kullanılır. Ayrıca ses, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri, mikro teraziler, sürücü ultrasonik nozullar ve ultra ince odaklama optik düzeneklerinin üretimi ve algılanmasında kullanılır. Piezoelektrik, görüntüleri atom ölçeğinde çözmek için kullanılan taramalı prob mikroskoplarının da temelidir.

Hassas terazi

Piezoelektrik, belirli katı malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü biriktirme yeteneğidir. Piezoelektrik, "sıkmak" veya "basmak" anlamına gelen Yunanca πιέζειν (piezein) ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan "kehribar" anlamına gelen ἤλεκτρον (ēlektron) kelimelerinden türetilmiştir.

Piezoelektrik, pişirme ve ısıtma cihazları, meşaleler, çakmaklar ve daha fazlası için gazı tutuşturmak üzere kıvılcım üretmek gibi çeşitli günlük uygulamalarda kullanılır. Ayrıca ses üretimi ve algılanmasında ve piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskıda da kullanılır.

Piezoelektrik ayrıca yüksek voltajlı elektrik üretmek için kullanılır ve saat üreteçlerinin ve mikro teraziler gibi elektronik cihazların temelidir. Piezoelektrik ayrıca ultrasonik memeleri ve ultra ince odaklanan optik düzenekleri çalıştırmak için kullanılır.

Piezoelektriğin keşfi, 1880'de Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie'ye atfedilir. Curie kardeşler, piroelektrik bilgilerini ve altta yatan kristal yapılara ilişkin anlayışlarını birleştirerek piezoelektrik kavramını ortaya çıkardı. Kristal davranışını tahmin edebildiler ve turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerdeki etkiyi gösterdiler.

Piezoelektrik etki, ses üretimi ve algılanması da dahil olmak üzere yararlı uygulamalar için kullanıldı. Birinci Dünya Savaşı sırasında sonarın geliştirilmesi, piezoelektrik kullanımında büyük bir atılımdı. II. Dünya Savaşı'nın ardından, Amerika Birleşik Devletleri, Rusya ve Japonya'daki bağımsız araştırma grupları, doğal malzemelerden on kata kadar daha yüksek piezoelektrik sabitleri sergileyen, ferroelektrik adı verilen yeni bir sentetik malzeme sınıfı keşfettiler.

Bu, baryum titanatın ve daha sonra belirli uygulamalar için özel özelliklere sahip kurşun zirkonat titanat malzemelerinin yoğun bir şekilde araştırılmasına ve geliştirilmesine yol açtı. Piezoelektrik kristallerin kullanımının önemli bir örneği, XNUMX. Dünya Savaşı'nın ardından Bell Telefon Laboratuvarlarında geliştirildi.

Telsiz telefon mühendisliği bölümünde çalışan Frederick R. Lack, geniş bir sıcaklık aralığında çalışan bir kesme kristal geliştirdi. Lack'in kristali, önceki kristallerin ağır aksesuarlarına ihtiyaç duymadı ve bu da uçakta kullanımını kolaylaştırdı. Bu gelişme, Müttefik hava kuvvetlerinin havacılık radyosunu kullanarak koordineli toplu saldırılara katılmasına izin verdi.

Amerika Birleşik Devletleri'nde piezoelektrik cihazların ve malzemelerin geliştirilmesi, birkaç şirketi iş başında tuttu ve kuvars kristallerinin geliştirilmesi ticari olarak kullanıldı. Piezoelektrik malzemeler o zamandan beri tıbbi görüntüleme, ultrasonik temizleme ve daha fazlası dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır.

Sürücü Ultrasonik Meme

Piezoelektrik, kristaller, seramikler gibi bazı katı malzemelerde ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddelerde biriken elektrik yüküdür. Uygulanan mekanik strese bir tepkidir ve Yunanca 'sıkmak' veya 'basmak' anlamına gelen 'piezein' ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan 'kehribar' anlamına gelen 'elektron' kelimelerinden türetilmiştir.

Piezoelektrik etki, kristal malzemelerin mekanik ve elektriksel durumları arasında ters simetri ile doğrusal bir elektromekanik etkileşimdir. Bu tersine çevrilebilir bir işlemdir, yani piezoelektrik etki sergileyen malzemeler aynı zamanda, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim oluşumu olan ters piezoelektrik etki de sergiler. Bunun bir örneği, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektriklik üreten kurşun zirkonat titanat kristalleridir. Tersine, bir dış elektrik alanı uygulandığında, kristaller statik boyutlarını değiştirerek ultrason dalgalarının üretimi olan ters piezoelektrik etki ile sonuçlanır.

Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie 1880'de piezoelektrikliği keşfettiler ve o zamandan beri ses üretimi ve algılanması da dahil olmak üzere çeşitli yararlı uygulamalar için kullanıldı. Piezoelektrik ayrıca pişirme ve ısıtma cihazlarında, meşalelerde, çakmaklarda ve daha fazlasında gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmek gibi günlük kullanımlar da bulur.

Bir sıcaklık değişikliğine tepki olarak bir elektrik potansiyeli oluşturan malzeme olan piroelektrik etki, Carl Linnaeus, Franz Aepinus tarafından incelendi ve 18. yüzyılın ortalarında, mekanik stres ile mekanik stres arasındaki ilişkiyi öne süren René Haüy ve Antoine César Becquerel'den bilgi alındı. elektrik şarjı. Bunu kanıtlamak için yapılan deneyler sonuçsuz kaldı.

İskoçya'daki Hunterian Müzesi'ndeki Curie Kompansatöründeki bir piezo kristalinin görünümü, Pierre ve Jacques Curie kardeşler tarafından doğrudan piezoelektrik etkinin bir gösterimidir. Piroelektrik bilgilerini birleştirmek ve altta yatan kristal yapıları anlamak, piroelektrik tahminine yol açtı ve kristal davranışını tahmin etmelerine izin verdi. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisiyle kanıtlanmıştır. Sodyum ve potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars da piezoelektriklik sergiledi ve deforme olduğunda voltaj üretmek için bir piezoelektrik disk kullanıldı. Bu, Curies tarafından 1881'de Gabriel Lippmann tarafından temel termodinamik ilkelerden matematiksel olarak çıkarılan ters piezoelektrik etkiyi tahmin etmek için büyük ölçüde abartıldı.

Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladı ve piezoelektrik kristallerdeki elektro-elasto-mekanik deformasyonların tamamen tersine çevrilebilirliğinin nicel kanıtını elde etmeye devam etti. Piezoelektrik, on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı, ancak Pierre ve Marie Curie'nin piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmalarında polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araçtı. Bu, Woldemar Voigt'in piezoelektriklik yeteneğine sahip doğal kristal sınıflarını tanımlayan ve tensör analizi yoluyla piezoelektrik sabitlerini titizlikle tanımlayan Lehrbuch der Kristallphysik'in (Kristal Fizik Ders Kitabı) yayınlanmasıyla doruğa ulaştı.

Piezoelektrik cihazların pratik uygulaması I. Dünya Savaşı sırasında geliştirilen sonar ile başladı. Fransa'da Paul Langevin ve çalışma arkadaşları ultrasonik bir denizaltı dedektörü geliştirdiler. Dedektör, yüksek frekanslı bir darbe yaydıktan sonra geri dönen yankıyı algılamak için hidrofon adı verilen çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden yapılmış bir dönüştürücüden oluşuyordu. Bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçerek, nesnenin mesafesini hesaplayabilirler. Piezoelektriğin sonarda bu şekilde kullanılması bir başarıydı ve proje on yıllardır piezoelektrik cihazlarda yoğun bir gelişme ve ilgi yarattı.

Yeni piezoelektrik malzemeler ve bu malzemeler için yeni uygulamalar keşfedildi ve geliştirildi ve piezoelektrik cihazlar, oynatıcı tasarımını basitleştiren ve bakımı daha ucuz ve yapımı daha kolay olan daha ucuz, daha doğru plak çalarlar için yapılan seramik fonograf kartuşları gibi alanlarda kendine yer buldu. . Ultrasonik transdüserlerin geliştirilmesi, sıvıların ve katıların viskozitesinin ve esnekliğinin kolayca ölçülmesine izin vererek malzeme araştırmalarında büyük ilerlemeler sağladı. Ultrasonik zaman alanlı reflektometreler, bir malzeme içinden ultrasonik bir darbe gönderir ve dökme metal ve taş nesnelerin içindeki kusurları bulmak için yansımaları ve süreksizlikleri ölçer.

Ultra İnce Odaklama Optik Tertibatları

Piezoelektrik, belirli malzemelerin mekanik strese maruz kaldığında elektrik yükü biriktirme yeteneğidir. Ters simetri ile kristal malzemelerin elektriksel ve mekanik durumları arasındaki doğrusal bir elektromekanik etkileşimdir. Piezoelektriklik tersinir bir işlemdir, yani piezoelektriklik sergileyen malzemeler aynı zamanda, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan iç mekanik gerilme üretimi olan ters piezoelektrik etkiyi de sergiler.

Piezoelektrik, ses üretimi ve tespiti ve yüksek voltajlı elektrik üretimi dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılmıştır. Piezoelektrik ayrıca mürekkep püskürtmeli baskıda, saat üreteçlerinde, elektronik cihazlarda, mikro terazilerde, tahrikli ultrasonik nozüllerde ve ultra ince odaklama optik tertibatlarında da kullanılır.

Piezoelektrik, 1880'de Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie tarafından keşfedildi. Piezoelektrik etki, ses üretimi ve algılanması ve yüksek voltajlı elektrik üretimi gibi faydalı uygulamalarda kullanılır. Piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskının yanı sıra saat üreteçleri, elektronik cihazlar, mikro teraziler, sürücü ultrasonik nozullar ve ultra ince odaklama optik düzenekleri de kullanılır.

Piezoelektrik, pişirme ve ısıtma cihazları, meşaleler, çakmaklar ve bir sıcaklık değişikliğine tepki olarak elektrik potansiyeli üreten piroelektrik efekt malzemeleri için gazı tutuşturmak üzere kıvılcım üretmek gibi günlük kullanımlara girmiştir. Bu etki, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, mekanik stres ile elektrik yükü arasında bir ilişki olduğunu öne süren René Haüy ve Antoine César Becquerel'in bilgilerinden yararlanılarak incelenmiştir. Deneyler sonuçsuz kaldı.

Sodyum ve potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars ve Rochelle tuzu, piezoelektriklik sergiledi ve şekil değişikliği büyük ölçüde abartılmış olsa da, deforme olduğunda voltaj oluşturmak için bir piezoelektrik disk kullanıldı. Curies, ters piezoelektrik etkiyi tahmin etti ve ters etki, 1881'de Gabriel Lippmann tarafından temel termodinamik prensiplerden matematiksel olarak çıkarıldı. piezoelektrik kristallerde elasto-mekanik deformasyonlar.

Piezoelektrik, Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araç haline gelene kadar on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı. Piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmaları, Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla sonuçlandı. Bu, piezoelektriklik yapabilen doğal kristal sınıflarını tanımladı ve piezoelektrik cihazların pratik uygulaması için tensör analizi kullanarak piezoelektrik sabitlerini titizlikle tanımladı.

Sonarın geliştirilmesi, piezoelektrik cihazlarda yoğun bir gelişme ve ilgi yaratan başarılı bir projeydi. Yıllar sonra, yeni piezoelektrik malzemeler ve bu malzemeler için yeni uygulamalar keşfedildi ve geliştirildi. Piezoelektrik cihazlar, oynatıcı tasarımını basitleştiren ve plak çalarları daha ucuz ve bakımı ve yapımı daha kolay hale getiren seramik fonograf kartuşları gibi çeşitli alanlarda kendine yer buldu. Ultrasonik transdüserlerin geliştirilmesi, sıvıların ve katıların viskozitesinin ve esnekliğinin kolayca ölçülmesine izin vererek malzeme araştırmalarında büyük ilerlemeler sağladı. Ultrasonik zaman alanlı reflektometreler, bir malzemeye ultrasonik bir darbe gönderir ve dökme metal ve taş nesnelerin içindeki kusurları bulmak için yansımaları ve süreksizlikleri ölçerek yapısal güvenliği artırır.

Piezoelektrik ilgi alanının başlangıcı, piezoelektrik malzeme olarak ticari olarak kullanılan kuvars kristallerinden geliştirilen yeni malzemelerin karlı patentleriyle güvence altına alındı. Bilim adamları daha yüksek performanslı malzemeler aradılar ve malzemelerdeki ilerlemelere ve üretim süreçlerinin olgunlaşmasına rağmen, Amerika Birleşik Devletleri pazarı hızlı bir şekilde büyümedi. Buna karşılık, Japon üreticiler bilgileri hızlı bir şekilde paylaştılar ve ABD'deki piezoelektrik endüstrisindeki büyüme için yeni uygulamalar, Japon üreticilerin aksine zarar gördü.

Piezoelektrik Motorlar

Bu bölümde piezoelektriğin modern teknolojide nasıl kullanıldığı hakkında konuşacağım. Atom ölçeğindeki görüntüleri çözebilen taramalı prob mikroskoplarından, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlar için alıcılara ve modern elektronik davullar için tetikleyicilere kadar, piezoelektriklik birçok cihazın ayrılmaz bir parçası haline geldi. Piezoelektriğin tarihini ve çeşitli uygulamalarda nasıl kullanıldığını keşfedeceğim.

Taramalı Prob Mikroskoplarının Temelini Oluşturur

Piezoelektrik, kristaller, seramikler gibi bazı katı malzemelerde ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddelerde biriken elektrik yüküdür. Uygulanan mekanik strese bir tepkidir ve piezoelektrik kelimesi Yunanca "sıkmak" veya "basmak" anlamına gelen πιέζειν (piezein) ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan "kehribar" anlamına gelen ἤλεκτρον (ēlektron) kelimesinden gelir.

Piezoelektrik motorlar, hareket oluşturmak için piezoelektrik etkisini kullanan cihazlardır. Bu etki, inversiyon simetrisine sahip kristal malzemelerde mekanik ve elektriksel durumlar arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimdir. Tersine çevrilebilir bir işlemdir, yani piezoelektrik etki sergileyen materyaller aynı zamanda, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim oluşumu olan ters piezoelektrik etki de sergiler. Ölçülebilir piezoelektrik üreten malzemelerin örnekleri, kurşun zirkonat titanat kristalleridir.

Piezoelektrik etki, ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri ve mikro teraziler gibi elektronik cihazlar ve ultra ince odaklama optik düzenekleri için ultrasonik nozullar gibi faydalı uygulamalarda kullanılır. Aynı zamanda, görüntüleri atom ölçeğinde çözmek için kullanılan taramalı prob mikroskoplarının da temelini oluşturur.

Piezoelektrik, 1880'de Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie tarafından keşfedildi. Pierre ve Jacques Curie kardeşler tarafından doğrudan piezoelektrik etkinin bir gösterimi olan İskoçya'daki Hunterian Müzesi'nde bir piezo kristali ve Curie kompansatörünün görüntüsü görülebilir.

Piroelektrik bilgilerini ve altta yatan kristal yapılara ilişkin anlayışlarını birleştirmek, kristal davranışını tahmin etmelerine izin veren piroelektrik tahminini ortaya çıkardı. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisiyle kanıtlanmıştır. Sodyum ve potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars ve Rochelle tuzu, piezoelektriklik sergiledi ve Curies tarafından büyük ölçüde abartılsa da, deforme olduğunda voltaj oluşturmak için bir piezoelektrik disk kullanıldı.

Ters piezoelektrik etkiyi de tahmin ettiler ve bu, 1881'de Gabriel Lippmann tarafından temel termodinamik ilkelerden matematiksel olarak çıkarıldı. Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladılar ve elektro-elasto-elasto- piezoelektrik kristallerde mekanik deformasyonlar.

Piezoelektrik, Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araç haline gelene kadar on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı. Piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmaları, piezoelektriklik yeteneğine sahip doğal kristal sınıflarını tanımlayan ve piezoelektrik sabitlerini ve tensör analizini titizlikle tanımlayan Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla doruk noktasına ulaştı.

Bu, I. Dünya Savaşı sırasında geliştirilen sonar gibi piezoelektrik cihazların pratik uygulamasına yol açtı. Fransa'da Paul Langevin ve çalışma arkadaşları, bir ultrasonik denizaltı dedektörü geliştirdiler. Bu detektör, çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden yapılmış bir dönüştürücü ve dönüştürücüden yüksek frekanslı bir darbe gönderdikten sonra geri dönen yankıyı algılamak için bir hidrofondan oluşuyordu. Bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçerek, nesnenin mesafesini hesaplayabildiler. Bu sonarı başarılı kılmak için piezoelektrik kullandılar ve proje, onlarca yıldır piezoelektrik cihazlarda yoğun bir gelişme ve ilgi yarattı.

Yeni piezoelektrik malzemeler ve bu malzemeler için yeni uygulamalar keşfedildi ve geliştirildi ve piezoelektrik cihazlar, oynatıcı tasarımını basitleştiren ve bakımı daha ucuz ve daha kolay olan daha ucuz ve daha doğru plak çalarlar için yapılan seramik fonograf kartuşları gibi birçok alanda kendine yer buldu. inşa etmek. Ultrasonik transdüserlerin geliştirilmesi, sıvıların ve katıların viskozitesinin ve esnekliğinin kolayca ölçülmesine izin vererek malzeme araştırmalarında büyük ilerlemeler sağladı. Ultrasonik zaman alanlı reflektometreler, bir malzemeye ultrasonik bir darbe gönderir ve dökme metal ve taş nesnelerin içindeki kusurları bulmak için yansımaları ve süreksizlikleri ölçerek yapısal güvenliği artırır.

Dünya Savaşı sırasında, Birleşik Devletler'deki bağımsız araştırma grupları

Görüntüleri Atom Ölçeğinde Çözün

Piezoelektrik, kristaller, seramikler gibi bazı katı malzemelerde ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddelerde biriken elektrik yüküdür. Uygulanan mekanik strese bir yanıttır ve sıkmak veya bastırmak anlamına gelen Yunanca 'piezein' kelimesinden türetilmiştir. Piezoelektrik etki, inversiyon simetrisine sahip kristal malzemelerdeki mekanik ve elektriksel durumlar arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimden kaynaklanır.

Piezoelektrik, tersine çevrilebilir bir süreçtir ve piezoelektrik etki sergileyen malzemeler, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim oluşumu olan ters piezoelektrik etki de sergiler. Bunun örnekleri, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektriklik üreten kurşun zirkonat titanat kristallerini içerir. Tersine, ters piezoelektrik etki olarak bilinen ve ultrason dalgalarının üretiminde kullanılan harici bir elektrik alanı uygulandığında kristaller statik boyutlarını değiştirir.

Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie, 1880'de piezoelektriği keşfettiler. Piezoelektrik etki, ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri ve elektronik cihazlar dahil olmak üzere çeşitli yararlı uygulamalar için kullanıldı. mikro teraziler ve tahrikli ultrasonik nozullar. Aynı zamanda, görüntüleri atom ölçeğinde çözmek için kullanılan taramalı prob mikroskoplarının da temelini oluşturur.

Piezoelektrik, pişirme ve ısıtma cihazlarında, meşalelerde, çakmaklarda ve daha fazlasında gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmek gibi günlük uygulamalarda da kullanılır. Sıcaklık değişimine tepki olarak elektrik potansiyeli oluşturan bir malzeme olan piroelektrik etki, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından incelenmiştir. René Haüy ve Antoine César Becquerel'in bilgisinden yararlanarak, mekanik stres ile elektrik yükü arasında bir ilişki olduğunu öne sürdüler, ancak deneyleri sonuçsuz kaldı.

Glasgow'daki Hunterian Müzesi'ni ziyaret edenler, Pierre ve Jacques Curie kardeşler tarafından doğrudan piezoelektrik etkinin bir gösterimi olan piezo kristal Curie kompansatörünü görebilirler. Piroelektrik bilgileri ve altta yatan kristal yapıları anlamalarıyla birleşince, piroelektrik tahminini ve kristal davranışını tahmin etme yeteneğini ortaya çıkardılar. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisiyle kanıtlanmıştır. Sodyum ve potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars ve Rochelle tuzu, piezoelektriklik sergiledi ve bir piezoelektrik disk, şekil değişikliği büyük ölçüde abartılı olmasına rağmen, deforme olduğunda bir voltaj üretir. Curies, ters piezoelektrik etkiyi tahmin edebildi ve ters etki, 1881'de Gabriel Lippmann tarafından temel termodinamik prensiplerden matematiksel olarak çıkarıldı.

Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladı ve piezoelektrik kristallerdeki elektro-elasto-mekanik deformasyonların tamamen tersine çevrilebilirliğinin nicel kanıtını elde etmeye devam etti. Piezoelektrik, on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı, ancak Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araçtı. Piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmaları, Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla sonuçlandı.

Manyetikler Elektronik Güçlendirilmiş Gitarlar

Piezoelektrik motorlar, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmek için piezoelektrik etkisini kullanan elektrik motorlarıdır. Piezoelektrik etki, belirli malzemelerin mekanik strese maruz kaldığında elektrik yükü oluşturma yeteneğidir. Piezoelektrik motorlar, saatler gibi küçük cihazlara güç sağlamaktan robotlar ve tıbbi ekipman gibi daha büyük makinelere güç sağlamaya kadar çeşitli uygulamalarda kullanılır.

Piezoelektrik motorlar, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlarda manyetiklerde kullanılır. Bu manyetikler, gitar tellerinin titreşimlerini elektrik sinyaline dönüştürmek için piezoelektrik etkiyi kullanır. Bu sinyal daha sonra yükseltilir ve gitarın sesini üreten bir amplifikatöre gönderilir. Piezoelektrik alıcılar, davul kafalarının titreşimlerini algılamak ve bunları elektrik sinyaline dönüştürmek için kullanıldıkları modern elektronik davullarda da kullanılır.

Piezoelektrik motorlar ayrıca, küçük bir probu bir yüzey boyunca hareket ettirmek için piezoelektrik etkiyi kullanan taramalı prob mikroskoplarında da kullanılır. Bu, mikroskobun görüntüleri atom ölçeğinde çözmesini sağlar. Piezoelektrik motorlar, yazıcı kafasını sayfa boyunca ileri geri hareket ettirmek için kullanıldıkları mürekkep püskürtmeli yazıcılarda da kullanılır.

Piezoelektrik motorlar, tıbbi cihazlar, otomotiv bileşenleri ve tüketici elektroniği dahil olmak üzere çeşitli başka uygulamalarda kullanılmaktadır. Hassas parçaların üretimi ve karmaşık bileşenlerin montajı gibi endüstriyel uygulamalarda da kullanılırlar. Piezoelektrik etki, tıbbi görüntülemede ve malzemelerdeki kusurların tespitinde kullanılan ultrason dalgalarının üretiminde de kullanılır.

Genel olarak, piezoelektrik motorlar, küçük cihazlara güç sağlamaktan daha büyük makinelere güç sağlamaya kadar çok çeşitli uygulamalarda kullanılır. Elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlarda, modern elektronik davullarda, taramalı prob mikroskoplarında, mürekkep püskürtmeli yazıcılarda, tıbbi cihazlarda, otomotiv bileşenlerinde ve tüketici elektroniğinde kullanılırlar. Piezoelektrik etki, ultrason dalgalarının üretiminde ve malzemelerdeki kusurların tespitinde de kullanılır.

Modern Elektronik Davulları Tetikler

Piezoelektrik, kristaller, seramikler gibi bazı katı malzemelerde ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddelerde biriken elektrik yüküdür. Bu malzemelerin uygulanan mekanik strese tepkisidir. Piezoelektrik kelimesi Yunanca "sıkmak veya bastırmak" anlamına gelen "piezein" kelimesinden ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan "kehribar" anlamına gelen "elektron" kelimesinden türetilmiştir.

Piezoelektrik motorlar, hareket oluşturmak için piezoelektrik etkisini kullanan cihazlardır. Bu etki, inversiyon simetrisi ile kristal malzemelerin mekanik ve elektriksel durumları arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimden kaynaklanır. Bu tersine çevrilebilir bir işlemdir, yani piezoelektrik etki sergileyen malzemeler aynı zamanda, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim oluşumu olan ters piezoelektrik etki de sergiler. Bunun bir örneği, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektriklik üreten kurşun zirkonat titanat kristalleridir. Tersine, harici bir elektrik alanı uygulandığında, kristaller statik boyutlarını değiştirerek ultrason dalgaları üretirler.

Piezoelektrik motorlar, aşağıdakiler gibi çeşitli günlük uygulamalarda kullanılır:

• Pişirme ve ısıtma cihazlarında gazı tutuşturmak için kıvılcım çıkarmak
• Meşaleler, çakmaklar ve piroelektrik etkili malzemeler
• Sıcaklık değişimine yanıt olarak elektrik potansiyeli oluşturma
• Ses üretimi ve algılanması
• Piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı
• Yüksek voltajlı elektrik üretimi
• Saat üreteci ve elektronik cihazlar
• Mikro teraziler
• Ultrasonik nozülleri ve ultra ince odaklama optik düzeneklerini çalıştırın
• Taramalı prob mikroskoplarının temelini oluşturur
• Görüntüleri atom ölçeğinde çözün
• Elektronik olarak güçlendirilmiş gitarları alır
• Modern elektronik davulları tetikler.

Piezoelektrik Dönüştürücülerin Elektromekanik Modellenmesi

Bu bölümde, piezoelektrik dönüştürücülerin elektromekanik modellemesini keşfedeceğim. Piezoelektriğin keşfinin tarihine, varlığını kanıtlayan deneylere ve piezoelektrik cihazların ve malzemelerin gelişimine bakacağım. Ayrıca Fransız fizikçiler Pierre ve Jacques Curie, Carl Linnaeus ve Franz Aepinus, Rene Hauy ve Antoine Cesar Becquerel, Gabriel Lippmann ve Woldemar Voigt'un katkılarından da bahsedeceğim.

Fransız Fizikçiler Pierre ve Jacques Curie

Piezoelektriklik, kristaller, seramikler ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddeler gibi belirli katı malzemelerde elektrik yükünün biriktiği elektromekanik bir olgudur. Bu yük, uygulanan bir mekanik gerilime yanıt olarak üretilir. "Piezoelektrik" kelimesi Yunanca "sıkmak veya bastırmak" anlamına gelen "piezein" ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan "kehribar" anlamına gelen "elektron" kelimesinden türetilmiştir.

Piezoelektrik etki, ters simetriye sahip malzemelerdeki mekanik ve elektriksel durumlar arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimden kaynaklanır. Bu etki tersine çevrilebilir, yani piezoelektrik etki sergileyen materyaller aynı zamanda ters piezoelektrik etki de sergiler, burada uygulanan bir elektrik alanına tepki olarak dahili mekanik gerinim üretilir. Örneğin, kurşun zirkonat titanat kristalleri, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektrik üretir. Tersine, harici bir elektrik alanı uygulandığında, kristaller statik boyutlarını değiştirerek ters piezoelektrik etki olarak bilinen süreçte ultrason dalgaları üretirler.

1880'de Fransız fizikçiler Pierre ve Jacques Curie piezoelektrik etkiyi keşfettiler ve o zamandan beri ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri ve elektronik dahil olmak üzere çeşitli yararlı uygulamalar için kullanıldı. ultra ince odaklama optik düzenekleri için mikro teraziler ve sürücü ultrasonik nozullar gibi cihazlar. Ayrıca görüntüleri atom ölçeğinde çözebilen taramalı prob mikroskoplarının temelini oluşturur. Piezoelektrik, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlar için manyetiklerde ve modern elektronik davullar için tetikleyicilerde de kullanılır.

Piezoelektrik ayrıca pişirme ve ısıtma cihazlarında, meşalelerde, çakmaklarda ve daha fazlasında gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmek gibi günlük kullanımlar da bulur. Bir malzemenin sıcaklık değişimine tepki olarak elektrik potansiyeli oluşturduğu piroelektrik etki, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, aralarında bir ilişki olduğunu öne süren René Hauy ve Antoine César Becquerel'in bilgisinden yararlanılarak incelenmiştir. mekanik stres ve elektrik yükü, ancak deneyleri sonuçsuz kaldı.

Curies, piroelektrik bilgilerini altta yatan kristal yapılara ilişkin bir anlayışla birleştirerek, piroelektrik tahminine yol açabildi ve kristallerin davranışını tahmin edebildi. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisinde gösterildi. Sodyum potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars da piezoelektriklik sergiledi. Bir piezoelektrik disk, deforme olduğunda bir voltaj üretir, ancak bu, Curies'in gösteriminde büyük ölçüde abartılmıştır. Ayrıca ters piezoelektrik etkiyi tahmin edebildiler ve bunu 1881'de Gabriel Lippmann'ın temel termodinamik ilkelerinden matematiksel olarak çıkarabildiler.

Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladı ve piezoelektrik kristallerdeki elektro-elasto-mekanik deformasyonların tamamen tersine çevrilebilirliğinin nicel kanıtını elde etmeye devam etti. Takip eden yıllarda, piezoelektrik, Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araç haline gelene kadar bir laboratuvar merakı olarak kaldı. Piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmaları, Woldemar Voigt'in 'Lehrbuch der Kristallphysik' (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla sonuçlandı.

Deneyler Sonuçsuz Kaldı

Piezoelektriklik, kristaller, seramikler ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddeler gibi belirli katı malzemelerde elektrik yükünün biriktiği elektromekanik bir olgudur. Uygulanan mekanik strese tepkidir ve 'piezoelektrik' kelimesi, 'sıkmak veya bastırmak' anlamına gelen Yunanca 'piezein' ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan 'kehribar' anlamına gelen 'ēlektron' kelimelerinden türetilmiştir.

Piezoelektrik etki, ters simetri ile kristal malzemelerin mekanik ve elektriksel durumları arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimden kaynaklanır. Tersine çevrilebilir bir süreçtir; piezoelektrik etki sergileyen malzemeler ayrıca, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim oluşumu olan ters piezoelektrik etkiyi de sergiler. Örneğin, kurşun zirkonat titanat kristalleri, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektrik üretir. Tersine, kristaller, ultrason dalgalarının üretiminde kullanılan ters piezoelektrik etki olarak bilinen harici bir elektrik alanı uygulandığında statik boyutlarını değiştirebilir.

Fransız fizikçiler Pierre ve Jacques Curie, 1880'de piezoelektriği keşfettiler. O zamandan beri, ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri ve mikro teraziler gibi elektronik cihazlar dahil olmak üzere çeşitli yararlı uygulamalar için kullanıldı. , sürücü ultrasonik nozullar ve ultra ince odaklama optik düzenekleri. Ayrıca görüntüleri atom ölçeğinde çözebilen taramalı prob mikroskoplarının da temelini oluşturur. Piezoelektrik, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlar için manyetiklerde ve modern elektronik davullar için tetikleyicilerde de kullanılır.

Piezoelektrik, pişirme ve ısıtma cihazlarında, meşalelerde, çakmaklarda ve daha fazlasında gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmede günlük kullanım alanı bulur. Bir malzemenin sıcaklık değişimine tepki olarak bir elektrik potansiyeli oluşturduğu piroelektrik etki, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, bir ilişki öne süren René Hauy ve Antoine César Becquerel'in bilgisinden yararlanılarak incelenmiştir. mekanik stres ve elektrik yükü arasında. Deneyler sonuçsuz kaldı.

Piroelektrikliğin birleşik bilgisi ve altta yatan kristal yapıların anlaşılması, piroelektrikliğin tahminine ve kristallerin davranışını tahmin etme yeteneğine yol açtı. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisinde gösterildi. Sodyum potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars da piezoelektriklik sergiledi ve deforme olduğunda voltaj oluşturmak için bir piezoelektrik disk kullanıldı. Bu, Curies'in doğrudan piezoelektrik etki gösterisinde büyük ölçüde abartılmıştı.

Pierre ve Jacques Curie kardeşler, ters piezoelektrik etkiyi tahmin ettiler ve ters etki, 1881'de Gabriel Lippmann tarafından temel termodinamik prensiplerden matematiksel olarak çıkarıldı. piezoelektrik kristallerde elektro-elasto-mekanik deformasyonların tersine çevrilebilirliği.

Piezoelektrik, on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı, ancak Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araçtı. Piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmaları, Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla sonuçlandı. Bu, piezoelektriklik yeteneğine sahip doğal kristal sınıflarını tanımladı ve tensör analizi kullanarak piezoelektrik sabitlerini titizlikle tanımladı. Bu, piezoelektrik dönüştürücülerin ilk pratik uygulamasıydı ve sonar I. Dünya Savaşı sırasında geliştirildi. Fransa'da Paul Langevin ve çalışma arkadaşları bir ultrasonik denizaltı dedektörü geliştirdiler.

Carl Linnaeus ve Franz Aepinus

Piezoelektriklik, kristaller, seramikler ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddeler gibi belirli katı malzemelerde elektrik yükünün biriktiği elektromekanik bir olgudur. Bu yük, uygulanan mekanik strese yanıt olarak üretilir. Piezoelektrik kelimesi Yunanca "sıkmak veya bastırmak" anlamına gelen πιέζειν (piezein) ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan "kehribar" anlamına gelen ἤλεκτρον (ēlektron) sözcüklerinden gelir.

Piezoelektrik etki, inversiyon simetrisine sahip kristal malzemelerin mekanik ve elektriksel durumları arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimden kaynaklanır. Bu etki tersine çevrilebilir, yani piezoelektriklik sergileyen malzemeler aynı zamanda, uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim oluşumu olan ters piezoelektrik etkiyi de sergiler. Örneğin, kurşun zirkonat titanat kristalleri, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektrik üretir. Tersine, ters piezoelektrik etki olarak bilinen ve ultrason dalgalarının üretiminde kullanılan harici bir elektrik alanı uygulandığında kristaller statik boyutlarını değiştirebilir.

1880'de Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie piezoelektrik etkiyi keşfettiler ve o zamandan beri ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri, elektronik cihazlar, mikro teraziler dahil olmak üzere birçok yararlı uygulamada kullanıldı. , sürücü ultrasonik nozullar ve ultra ince odaklama optik düzenekleri. Ayrıca görüntüleri atom ölçeğinde çözmek için kullanılan taramalı prob mikroskoplarının temelini oluşturur. Piezoelektrik, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlar için manyetiklerde ve modern elektronik davullar için tetikleyicilerde de kullanılır.

Piezoelektrik ayrıca, pişirme ve ısıtma cihazlarında, meşalelerde, çakmaklarda gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmek ve bir malzemenin sıcaklık değişimine tepki olarak bir elektrik potansiyeli oluşturduğu piroelektrik etki gibi günlük kullanımlarda da bulunur. Bu etki, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, mekanik stres ile elektrik yükü arasında bir ilişki olduğunu öne süren René Hauy ve Antoine César Becquerel'den alınan bilgilere dayanarak incelendi, ancak deneyleri sonuçsuz kaldı.

İskoçya'daki Hunterian Müzesi'ndeki Curie kompansatöründeki bir piezo kristalinin görünümü, Pierre ve Jacques Curie kardeşler tarafından doğrudan piezoelektrik etkinin bir gösterimidir. Piroelektrik bilgilerini, altta yatan kristal yapılara ilişkin bir anlayışla birleştirmek, piroelektrik öngörüsüne ve kristal davranışını tahmin etme yeteneğine yol açtı. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisiyle kanıtlanmıştır. Sodyum potasyum tartrat tetrahidrat ve Rochelle tuzundan kuvars, piezoelektriklik sergiledi ve bir piezoelektrik disk, Curies'in gösteriminde büyük ölçüde abartılsa da, deforme olduğunda bir voltaj üretir.

Ters piezoelektrik etkinin tahmini ve bunun temel termodinamik ilkelerden matematiksel çıkarımı, 1881'de Gabriel Lippmann tarafından yapıldı. Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladı ve elektro-elasto-elasto-elasto- piezoelektrik kristallerde mekanik deformasyonlar. Piezoelektriklik, piezoelektriklik sergileyen kristal yapıları keşfetmek ve tanımlamak için onu kullanan Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araç haline gelene kadar onlarca yıl boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı. Bu, Woldemar Voigt'in piezoelektriklik yeteneğine sahip doğal kristal sınıflarını tanımlayan ve tensör analizi kullanarak piezoelektrik sabitlerini titizlikle tanımlayan Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla doruğa ulaştı.

Piezoelektrik dönüştürücülerin bu pratik uygulaması, I. Dünya Savaşı sırasında sonarın gelişmesine yol açtı. Fransa'da Paul Langevin ve çalışma arkadaşları, bir ultrasonik denizaltı dedektörü geliştirdiler. Dedektör, çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden yapılmış bir dönüştürücü ve dönüştürücüden yüksek frekanslı bir darbe gönderdikten sonra geri dönen yankıyı algılamak için bir hidrofondan oluşuyordu. Bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçerek, nesnenin mesafesini hesaplayabildiler. Bu sonarı başarılı kılmak için piezoelektrik kullandılar ve proje piezoelektrik cihazlarda yoğun bir gelişme ve ilgi yarattı.

Rene Hauy ve Antoine Cesar Becquerel

Piezoelektrik, kristaller, seramikler ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddeler gibi belirli katı malzemelerin uygulanan mekanik strese yanıt olarak elektrik yükü biriktirdiğinde ortaya çıkan elektromekanik bir olgudur. Piezoelektrik, Yunanca 'sıkmak veya bastırmak' anlamına gelen 'piezein' ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan 'kehribar' anlamına gelen 'elektron' kelimesinden türetilmiştir.

Piezoelektrik etki, inversiyon simetrisine sahip kristal malzemelerde mekanik ve elektriksel durumlar arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimden kaynaklanır. Bu etki tersine çevrilebilir, yani piezoelektrik etki sergileyen malzemeler aynı zamanda ters piezoelektrik etki veya uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanan dahili mekanik gerinim de sergiler. Örneğin, kurşun zirkonat titanat kristalleri, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektrik üretir. Tersine, kristaller, harici bir elektrik alanı uygulandığında statik boyutlarını değiştirebilir, bu da ters piezoelektrik etkiye ve ultrason dalgalarının üretilmesine neden olur.

Fransız fizikçiler Pierre ve Jacques Curie, 1880'de piezoelektrik etkiyi keşfettiler. Bu etki, ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri ve elektronik cihazlar dahil olmak üzere çeşitli yararlı uygulamalar için kullanıldı. mikro teraziler, tahrikli ultrasonik nozullar ve ultra ince odaklamalı optik düzenekler gibi. Aynı zamanda, görüntüleri atom ölçeğinde çözebilen taramalı prob mikroskoplarının temelini oluşturur. Piezoelektrik, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlar için manyetiklerde ve modern elektronik davullar için tetikleyicilerde de kullanılır.

Piezoelektrik etki ilk olarak 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, mekanik stres ile elektrik yükü arasında bir ilişki olduğunu öne süren Rene Hauy ve Antoine Cesar Becquerel'in bilgilerinden yararlanılarak incelenmiştir. Ancak deneyler sonuçsuz kaldı. Piroelektrik bilgisi ve altta yatan kristal yapıların anlaşılması ile birleştiğinde, bu, piroelektrik tahminine ve kristal davranışını tahmin etme yeteneğine yol açtı. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisinde gösterildi. Sodyum potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars da piezoelektriklik sergiledi ve deforme olduğunda voltaj oluşturmak için bir piezoelektrik disk kullanıldı. Bu etki, Curies'in doğrudan piezoelektrik etkiyi gösteren İskoçya Müzesi'ndeki gösterisinde büyük ölçüde abartılmıştı.

Pierre ve Jacques Curie kardeşler, piezoelektrik kristallerdeki elektro-elasto-mekanik deformasyonların tamamen tersine çevrilebilirliğinin nicel kanıtını elde etmeye devam ettiler. Piezoelektrik, Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araç haline gelene kadar on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı. Bu çalışma, Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) adlı kitabının yayınlanmasıyla sonuçlanan, piezoelektrik sergileyen kristal yapıları araştırdı ve tanımladı.

Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladı ve ters etkinin temel termodinamik ilkelerini matematiksel olarak çıkarmaya devam etti. Bu, 1881'de Gabriel Lippmann tarafından yapıldı. Piezoelektrik daha sonra I. Dünya Savaşı sırasında sonar geliştirmek için kullanıldı. Fransa'da, Paul Langevin ve iş arkadaşları bir ultrasonik denizaltı dedektörü geliştirdiler. Bu dedektör, çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden yapılmış bir dönüştürücü ve geri dönen yankıyı algılamak için bir hidrofondan oluşuyordu. Dönüştürücüden yüksek frekanslı bir darbe yayarak ve bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçerek, nesneye olan mesafeyi hesaplayabilirler.

Piezoelektrik kristallerin kullanımı, II. Dünya Savaşı'nın ardından Bell Telefon Laboratuvarları tarafından daha da geliştirildi. Telsiz telefon mühendisliği bölümünde çalışan Frederick R. Lack, geniş bir sıcaklık aralığında çalışabilen bir kesme kristal geliştirdi. Lack'in kristali, önceki kristallerin ağır aksesuarlarına ihtiyaç duymadı ve bu da uçakta kullanımını kolaylaştırdı. Bu gelişme, Müttefik hava kuvvetlerinin havacılık radyosunu kullanarak koordineli toplu saldırılara katılmasına izin verdi. Amerika Birleşik Devletleri'nde piezoelektrik cihazların ve malzemelerin geliştirilmesi, şirketleri bu alanda savaş zamanı başlangıçlarının geliştirilmesine ve geliştirilen yeni malzemeler için karlı patentler almaya ilgi duymaya devam etti. Kuvars kristalleri ticari olarak piezoelektrik bir malzeme olarak kullanıldı ve bilim adamları daha yüksek performanslı malzemeler aradılar. Malzemelerdeki ilerlemelere ve imalat süreçlerinin olgunlaşmasına rağmen, Amerika Birleşik Devletleri

Gabriel Lipmann

Piezoelektriklik, kristaller, seramikler ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddeler gibi belirli katı malzemelerde elektrik yükünün biriktiği elektromekanik bir olgudur. Ters simetriye sahip malzemelerde mekanik ve elektriksel durumlar arasındaki etkileşimin sonucudur. Piezoelektrik ilk olarak 1880'de Fransız fizikçiler Pierre ve Jacques Curie tarafından keşfedildi.

Piezoelektrik, ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı ve yüksek voltajlı elektrik üretimi dahil olmak üzere çeşitli yararlı uygulamalar için kullanılmıştır. Piezoelektrik, eski bir elektrik yükü kaynağı olan "sıkmak veya bastırmak" anlamına gelen Yunanca πιέζειν (piezein) ve "kehribar" anlamına gelen ἤλεκτρον (ēlektron) sözcüklerinden türetilmiştir.

Piezoelektrik etki tersinirdir, yani piezoelektriklik sergileyen materyaller aynı zamanda ters piezoelektrik etki de sergiler, burada mekanik gerinimin içsel üretimi bir elektrik alanının uygulanmasından kaynaklanır. Örneğin, kurşun zirkonat titanat kristalleri, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektrik üretir. Tersine, ters piezoelektrik etki olarak bilinen bir işlem olan harici bir elektrik alanı uygulandığında kristaller statik boyutlarını değiştirebilir. Bu işlem, ultrason dalgaları üretmek için kullanılabilir.

Piezoelektrik etki, René Hauy ve Antoine César Becquerel'in bilgisinden yararlanan Carl Linnaeus ve Franz Aepinus'un mekanik stres ile elektrik yükü arasında bir ilişki olduğunu öne sürdükleri 18. yüzyılın ortalarından beri incelenmektedir. Ancak deneyler sonuçsuz kaldı. Araştırmacılar, piroelektriklik bilgisi ile altta yatan kristal yapıların anlaşılması, piroelektriklik tahminine yol açana kadar, araştırmacılar kristal davranışını tahmin edebildiler. Bu, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisiyle kanıtlanmıştır.

Gabriel Lippmann, 1881'de, ters piezoelektrik etkinin temel termodinamik ilkelerini matematiksel olarak çıkardı. Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladı ve piezoelektrik kristallerdeki elektro-elasto-mekanik deformasyonların tamamen tersine çevrilebilirliğinin nicel kanıtını elde etmeye devam etti.

Piezoelektrik, Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araç haline gelene kadar on yıllar boyunca bir laboratuvar merakı olarak kaldı. Piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetme ve tanımlama çalışmaları, Woldemar Voigt'in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla sonuçlandı. Bu, piezoelektriklik yapabilen doğal kristal sınıflarını tanımladı ve tensör analizi ile piezoelektrik sabitlerini titizlikle tanımladı.

Piezoelektrik cihazların pratik uygulaması, Birinci Dünya Savaşı sırasında sonarın geliştirilmesiyle başladı. Paul Langevin ve çalışma arkadaşları, bir ultrasonik denizaltı dedektörü geliştirdiler. Bu dedektör, çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden yapılmış bir dönüştürücü ve geri dönen yankıyı algılamak için bir hidrofondan oluşuyordu. Dönüştürücüden yüksek frekanslı bir darbe yayarak ve bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçerek, nesneye olan mesafeyi hesaplayabildiler. Piezoelektriğin sonar için bu kullanımı başarılı oldu ve proje piezoelektrik cihazlarda yoğun bir geliştirme ilgisi yarattı. On yıllar boyunca, yeni piezoelektrik malzemeler ve bu malzemeler için yeni uygulamalar keşfedildi ve geliştirildi. Piezoelektrik cihazlar, oynatıcı tasarımını basitleştiren ve ucuz, doğru plak çalarları bakımı daha ucuz ve yapımı daha kolay hale getiren seramik fonograf kartuşlarından sıvıların viskozitesinin ve esnekliğinin kolayca ölçülmesine izin veren ultrasonik transdüserlerin geliştirilmesine kadar çeşitli alanlarda kendine yer bulmuştur. ve katılar, malzeme araştırmalarında büyük ilerlemelerle sonuçlanır. Ultrasonik zaman alanlı reflektometreler, bir malzemeye ultrasonik bir darbe gönderir ve dökme metal ve taş nesnelerin içindeki kusurları bulmak için yansımaları ve süreksizlikleri ölçerek yapısal güvenliği artırır.

II. Dünya Savaşı'nın ardından, Amerika Birleşik Devletleri, Rusya ve Japonya'daki bağımsız araştırma grupları, doğal malzemelerden on kata kadar daha yüksek piezoelektrik sabitleri sergileyen, ferroelektrik adı verilen yeni bir sentetik malzeme sınıfı keşfettiler. Bu, baryum titanat geliştirmek için yoğun araştırmalara yol açtı ve daha sonra belirli uygulamalar için belirli özelliklere sahip malzemeler olan zirkonat titanata öncülük etti. Piezoelektrik kristallerin kullanımının önemli bir örneği geliştirildi

Voldemar Voigt

Piezoelektriklik, kristaller, seramikler ve kemik ve DNA gibi biyolojik maddeler gibi belirli katı malzemelerde elektrik yükünün biriktiği elektromekanik bir olgudur. Bu yük, uygulanan bir mekanik gerilime yanıt olarak üretilir. Piezoelektrik kelimesi, Yunanca "sıkmak veya bastırmak" anlamına gelen "piezein" ve eski bir elektrik yükü kaynağı olan "kehribar" anlamına gelen "elektron" kelimesinden türetilmiştir.

Piezoelektrik etki, inversiyon simetrisine sahip kristal malzemelerin mekanik ve elektriksel durumları arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimden kaynaklanır. Bu etki tersine çevrilebilir, yani piezoelektriklik sergileyen materyaller aynı zamanda bir ters piezoelektrik etki sergiler, burada mekanik gerilimin iç üretimi uygulanan bir elektrik alanından kaynaklanır. Örneğin, kurşun zirkonat titanat kristalleri, statik yapıları orijinal boyutundan deforme olduğunda ölçülebilir piezoelektrik üretir. Tersine, kristaller, ultrason dalgalarının üretiminde kullanılan ters piezoelektrik etki olarak bilinen bir dış elektrik alanı uygulandığında statik boyutlarını değiştirebilir.

Fransız fizikçiler Pierre ve Jacques Curie, 1880'de piezoelektriği keşfettiler. Piezoelektrik etki, o zamandan beri ses üretimi ve tespiti, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek voltajlı elektrik üretimi, saat üreteçleri ve elektronik cihazlar dahil olmak üzere çeşitli yararlı uygulamalar için kullanıldı. optik düzeneklerin ultra ince odaklaması için mikro teraziler ve sürücü ultrasonik nozullar gibi. Ayrıca görüntüleri atom ölçeğinde çözebilen taramalı prob mikroskoplarının da temelini oluşturur. Ek olarak, elektronik olarak güçlendirilmiş gitarlardaki alıcılar ve modern elektronik davullardaki tetikleyiciler piezoelektrik efekti kullanır.

Piezoelektrik ayrıca pişirme ve ısıtma cihazlarında, meşalelerde, çakmaklarda ve daha fazlasında gazı tutuşturmak için kıvılcım üretmede günlük kullanım alanı bulur. Bir malzemenin bir sıcaklık değişikliğine tepki olarak bir elektrik potansiyeli oluşturduğu piroelektrik etki, 18. yüzyılın ortalarında Carl Linnaeus ve Franz Aepinus tarafından, mekanik ile mekanik arasında bir ilişki olduğunu öne süren Rene Hauy ve Antoine Cesar Becquerel'den yararlanılarak incelenmiştir. stres ve elektrik yükü. Bu ilişkiyi kanıtlamak için yapılan deneyler sonuçsuz kaldı.

İskoçya'daki Hunterian Müzesi'ndeki Curie kompansatöründeki bir piezo kristalinin görünümü, Pierre ve Jacques Curie kardeşler tarafından doğrudan piezoelektrik etkinin bir gösterimidir. Piroelektrik bilgilerini altta yatan kristal yapılara ilişkin bir anlayışla birleştirmeleri, turmalin, kuvars, topaz, şeker kamışı ve Rochelle tuzu gibi kristallerin etkisinde gösterdikleri kristal davranışını tahmin etmelerine izin veren piroelektrik tahminini ortaya çıkardı. . Sodyum ve potasyum tartrat tetrahidrat ve kuvars da piezoelektriklik sergiledi ve deforme olduğunda voltaj üretmek için bir piezoelektrik disk kullanıldı. Şekildeki bu değişiklik, Curies'in gösterisinde büyük ölçüde abartılmıştı ve ters piezoelektrik etkiyi tahmin etmeye devam ettiler. Ters etki, 1881'de Gabriel Lippmann tarafından temel termodinamik ilkelerden matematiksel olarak çıkarıldı.

Curies, ters etkinin varlığını hemen doğruladı ve piezoelektrik kristallerdeki elektro-elasto-mekanik deformasyonların tamamen tersine çevrilebilirliğinin nicel kanıtını elde etmeye devam etti. Takip eden yıllarda, piezoelektriklik, onu piezoelektrik sergileyen kristal yapıları keşfetmek ve tanımlamak için kullanan Pierre Marie Curie tarafından polonyum ve radyumun keşfinde hayati bir araç haline gelene kadar, bir laboratuvar merakı olarak kaldı. Bu, Woldemar Voigt'in piezoelektriklik yeteneğine sahip doğal kristal sınıflarını tanımlayan ve tensör analizi kullanarak piezoelektrik sabitlerini titizlikle tanımlayan Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizik Ders Kitabı) adlı kitabının yayınlanmasıyla doruğa ulaştı.

Bu, I. Dünya Savaşı sırasında geliştirilen sonar gibi piezoelektrik cihazların pratik uygulamasına yol açtı. Fransa'da Paul Langevin ve çalışma arkadaşları, bir ultrasonik denizaltı dedektörü geliştirdiler. Bu detektör, çelik plakalara dikkatlice yapıştırılmış ince kuvars kristallerinden yapılmış bir dönüştürücü ve dönüştürücüden yüksek frekanslı bir darbe gönderdikten sonra geri dönen yankıyı algılamak için bir hidrofondan oluşuyordu. Bir nesneden seken ses dalgalarının yankısını duymak için geçen süreyi ölçerek, nesneye olan mesafeyi hesaplayabilirler. Bu sonarı başarılı kılmak için piezoelektrik kullandılar ve proje, sonar konusunda yoğun bir gelişme ve ilgi yarattı.

Önemli ilişkiler

Piezoelektrik Aktüatörler: Piezoelektrik aktüatörler, elektrik enerjisini mekanik harekete dönüştüren cihazlardır. Hassas hareket kontrolünün gerekli olduğu robotik, tıbbi cihazlar ve diğer uygulamalarda yaygın olarak kullanılırlar.
Piezoelektrik Sensörler: Piezoelektrik sensörler, basınç, ivme ve titreşim gibi fiziksel parametreleri ölçmek için kullanılır. Tüketici elektroniğinin yanı sıra endüstriyel ve tıbbi uygulamalarda sıklıkla kullanılırlar.
Doğada Piezoelektriklik: Piezoelektriklik, belirli malzemelerde doğal olarak meydana gelen bir olgudur ve birçok canlı organizmada bulunur. Bazı organizmalar tarafından çevrelerini algılamak ve diğer organizmalarla iletişim kurmak için kullanılır.

Sonuç

Piezoelektrik, sonardan fonograf kartuşlarına kadar çeşitli uygulamalarda kullanılan inanılmaz bir olgudur. 1800'lerin ortalarından beri incelenmekte ve modern teknolojinin gelişmesinde büyük bir etki için kullanılmıştır. Bu blog yazısı, piezoelektriğin tarihini ve kullanımlarını araştırmış ve bu olgunun modern teknolojinin gelişimindeki önemini vurgulamıştır. Piezoelektrik hakkında daha fazla şey öğrenmek isteyenler için bu yazı harika bir başlangıç noktası.

Ben Joost Nusselder, Neaera'nın kurucusu ve içerik pazarlamacısıyım, baba ve tutkumun merkezinde gitar olan yeni ekipman denemeyi seviyorum ve ekibimle birlikte 2020'den beri derinlemesine blog makaleleri oluşturuyorum. sadık okuyuculara kayıt ve gitar ipuçlarıyla yardımcı olmak için.

Youtube'da beni kontrol et tüm bu teçhizatı denediğim yer:

Üye olun