A cosa serve la piezoelettricità?
Foto: Un tipico trasduttore piezoelettrico. Questa è la suoneria all’interno del mio telefono fisso: fa un rumore cinguettio particolarmente acuto e orribile quando squilla il telefono!
Ci sono tutti i tipi di situazioni in cui abbiamo bisogno di convertire l’energia meccanica (pressione omovimento di qualche tipo) in segnali elettrici o viceversa. Spesso possiamo farlo con un trasduttore piezoelettrico., Un trasduttore è semplicementeun dispositivo che converte piccole quantità di energia da un tipo all’altro (ad esempio,convertendo luce, suono o pressione meccanica in segnali elettrici).
Nelle apparecchiature ad ultrasuoni, un trasduttore piezoelettrico converte l’energia elettrica in vibrazioni meccaniche estremamente rapide—così velocemente, infatti, che emette suoni,ma troppo acuti per le nostre orecchie. Queste vibrazioni ad ultrasuoni possono essere utilizzate perscannerizzazione, pulizia e tutti i tipi di altre cose.,
In un microfono, abbiamo bisogno di convertire l’energia sonora (onde di pressione che viaggiano attraverso l’aria) in energia elettrica—e questo è qualcosa che i cristalli piezoelettrici possono aiutarci. Basta attaccare la parte vibrante del microfono a un cristallo e, come onde di pressione dal tuo voicearrive, faranno muovere il cristallo avanti e indietro, generando segnali elettrici corrispondenti. L ‘” ago ” in un grammofono(a volte chiamato giradischi) funziona in modo opposto. Come thediamond-punta ago cavalca lungo la scanalatura a spirale nel vostro LP, itbumps su e giù., Queste vibrazioni spingono e tirano su un cristallo lightweightpiezoelectric, producendo segnali elettrici che il vostro stereothen converte di nuovo in suoni udibili.
Foto: Stilo per giradischi (fotografato da sotto): Se stai ancora suonando dischi LP, userai uno stilo come questo per convertire i dossi meccanici sul disco in suoni che puoi sentire. Lo stilo (barra orizzontale d’argento) contiene un piccolo cristallo di diamante (il puntino sull’estremità a destra) che rimbalza su e giù nella scanalatura del disco., Le vibrazioni distorcono un cristallo piezoelettrico all’interno della cartuccia gialla che produce segnali elettrici, che vengono amplificati per rendere i suoni che si possono sentire.
In un orologio al quarzo o un orologio, l’effetto piezoelettrico inverso è usato per mantenere il tempo molto preciso. L’energia elettrica di una batteria viene immessa in un cristallo per farlo oscillare migliaia di volte al secondo. L’orologio poi usesan circuito elettronico per trasformarlo in più lento, una volta al secondo beatsthat un motore minuscolo e alcuni precisiongears usano per guidare il secondo, minuto, e lancette di ora intorno al orologio-faccia.,
La piezoelettricità viene anche utilizzata, molto più grossolanamente, negli accendini a scintilla per stufe a gas ebarbecue. Premere un interruttore più leggero e si sente un clic soundand vedere scintille appaiono. Quello che stai facendo, quando premi l’interruttore,è spremere un cristallo piezoelettrico, generare una tensione e far volare una scintilla attraverso un piccolo spazio.
Se hai una stampante a getto d’inchiostro seduta sulla scrivania, utilizza “siringhe” di precisione per spruzzare goccioline di inchiostro sulla carta., Alcuni inkjet schizzano le loro siringhe usando cristalli piezoelettrici controllati elettronicamente, che spremono i loro “stantuffi” dentro e fuori; i getti di bolle Canon sparano il loro inchiostro riscaldandolo invece. (Troverete maggiori dettagli di entrambi i metodi nel nostro articolo sulle stampanti a getto d’inchiostro.)
Foto: La NASA ha sperimentato l’utilizzo di materiali piezoelettrici per ridurre le vibrazioni e il rumore dei rotori degli elicotteri che ruotano rapidamente. Foto per gentile concessione della NASA.
Raccolta di energia con piezoelettricità?,
Se riesci a fare un po ‘ di elettricità premendo un cristallo piezoelettrico una volta, potresti fare una quantità significativa premendo molti cristalli più e più volte? E se seppellissimo cristalli sotto le strade e i marciapiedi della città per catturare energia mentre passavano auto e persone? Questa idea, che è conosciuta come energy harvesting, ha catturato l’interesse di molte persone., Gli inventori hanno proposto tutti i tipi di idee per immagazzinare energia con dispositivi piezoelettrici nascosti, dalle scarpe che convertono i tuoi movimenti a piedi in calore per mantenere i tuoi piedi caldi, e telefoni cellulari che si caricano dai movimenti del tuo corpo, alle strade che alimentano i lampioni, lenti a contatto che catturano energia quando lampeggi e persino gadget che
Artwork: Energy harvesting?, Gli inventori hanno depositato molti brevetti per gadget indossabili che genereranno piccole quantità di elettricità dai movimenti del corpo. Questo esempio è una scarpa con un trasduttore piezoelettrico incorporato (1) che si muove su e giù mentre si cammina, inviando elettricità a un circuito (2) e quindi memorizzandola in una batteria (3).
La raccolta di energia è una buona idea? A prima vista, tutto ciò che riduce al minimo lo spreco di energia e migliora l’efficienza suona davvero sensato., Se potessi usare il pavimento di un negozio di alimentari per catturare energia dai piedi degli acquirenti che si affrettano a spingere i loro pesanti carrelli, e usarlo per alimentare le luci del negozio o i suoi armadi refrigeratori, sicuramente questa deve essere una buona cosa? A volte la raccolta di energia può effettivamente fornire una quantità di energia decente, anche se piuttosto modesta.
Il problema è, tuttavia, che gli schemi di raccolta dell’energia possono essere una grande distrazione da idee migliori. Si consideri, ad esempio, il concetto di costruire strade con “strisce rumble” piezoelettriche che assorbono energia dal traffico di passaggio., Le auto sono macchine estremamente inefficienti e solo una piccola quantità (15 per cento o giù di lì) dell’energia nei loro poteri di carburante lungo la strada. Solo una frazione di questa frazione è disponibile per il recupero dalla strada – e non sarebbe in grado di recuperare tutta quella frazione con il 100 per cento di efficienza. Quindi la quantità di energia che potresti praticamente recuperare, e il guadagno di efficienza che faresti per i soldi che hai speso, sarebbe minuscola., Se si vuole veramente risparmiare energia dalle automobili, il modo sensato per farlo è quello di affrontare le inefficienze del trasporto auto molto prima nel processo; per esempio, progettando motori che sono più efficienti, incoraggiando le persone a car sharing, scambiando da motori a benzina per auto elettriche, e cose del genere.
Questo non vuol dire che la raccolta di energia non ha posto; potrebbe essere davvero utile per la ricarica di dispositivi mobili utilizzando energia che altrimenti andrebbe sprecata. Immaginate un cellulare che si carica automaticamente ogni volta che jiggled intorno in tasca, per esempio., Anche così, quando si tratta di risparmiare energia, dovremmo sempre considerare il quadro più ampio e assicurarci che il tempo e il denaro che investiamo producano i migliori risultati possibili.
Chi ha scoperto la piezoelettricità?
L’effetto piezoelettrico fu scoperto nel 1880 da due fisici francesi, brothersPierre e Paul-Jacques Curie, in cristalli di quarzo, tormalina, sale di andRochelle (tartrato di sodio di potassio). Hanno preso il nome dal’opera greca piezein, che significa ” premere.,”Jacques riassunto l’osservazione in un 1889 carta in Annales de Chimie et de Physique(la mia molto approssimativa traduzione dal francese):
“Se si tira o si stringe lungo l’asse principale , ci appare all’estremità dell’asse pari quantità di elettricità di segno opposto, proporzionale alla forza che agisce e indipendente delle dimensioni di quarzo.”
Artwork: Illustrazioni del lavoro dei Curies da quarzo Piezo-Electrique: Extrait de la These de J. CURIE: Annales de Chimie et de Physique, t., XVII, 1889, pag. 392.
