Hva er piezoelectricity brukt til?
Foto: En typisk piezoelektrisk transduser. Dette er den ringer inne i min faste telefon: det er en spesielt skingrende og forferdelig piping støy når telefonen ringer!
Det er alle slags situasjoner der vi trenger å konvertere mekanisk energi (trykk ormovement av noe slag), til elektriske signaler eller vice-versa. Ofte har vi cando at med en piezoelektrisk transduser., En svinger som er simplya enhet som konverterer små mengder av energi fra en form til en annen (for eksempel konvertere lys, lyd eller mekaniske belastninger, til elektriske signaler).
I ultralyd utstyr, en piezoelektrisk transduser omdanner elektrisk energi til ekstremt rask mekaniske vibrasjoner—så fort, faktisk, at det er lyd,men de er for høy-pitched for våre ører å høre med. Disse ultralyd vibrasjoner kan brukes forscanning, rengjøring og alle slags andre ting.,
I en mikrofon, trenger vi å convertsound energi (bølger av press reiser gjennomselskapet lufta) til elektrisk energi, og det er noe piezoelectriccrystals kan hjelpe oss med. Bare hold deg den vibrerende delen av themicrophone til en krystall, og som trykkbølger fra voicearrive, vil de gjøre crystal flytte frem og tilbake, generatingcorresponding elektriske signaler. Den «nål» i en grammofon(noen ganger kalt en platespiller) virker på motsatt måte. Som thediamond-tipped nål rir langs spiral groove i LP, itbumps opp og ned., Disse vibrasjonene dytte og dra på en lightweightpiezoelectric krystall, produksjon av elektriske signaler som din stereothen konverterer tilbake til hørbar lyd.
Foto: Record-spiller stylus (fotografert fra under): Hvis du fortsatt spille av LP-plater, vil du bruke en penn som dette for å konvertere den mekaniske støt på posten inn lyder du kan høre. Pennen (sølv horisontal bar) inneholder en liten diamond crystal (den lille prikken på slutten til høyre) som spretter opp og ned i posten sporet., Vibrasjonene forvrenge et piezoelektrisk krystall inne i den gule tonerkassetten som produserer elektriske signaler, som er forsterket for å gjøre lydene du kan høre.
I en kvarts klokke eller se, motsatt-piezoelektrisk effectis brukes til å holde tiden svært presist. Elektrisk energi fra et batteri er matet inn i en krystall tomake det svinge tusenvis av ganger i sekundet. Det ser så usesan elektronisk krets for å slå det inn tregere, gang-per-sekund beatsthat en liten motor, og noen precisiongears bruke til å kjøre den andre, minutt og time hender døgnet rundt ansikt.,
Piezoelectricity er også brukt, mye mer grovt, i gnist lightere for gass ovner andbarbecues. Trykk på et lettere bytte, og du vil høre en å klikke soundand se gnister vises. Hva du gjør, når du trykker på bryteren,er å klemme en piezoelektrisk krystall, og skapte en spenning, andmaking en gnist fly over et lite gap.
Hvis du har en blekkskriver som sitter på pulten din, er det ved hjelp av presisjon «sprøyter» for å sprute dråper ofink på papiret., Noen blekkskrivere sprute sine sprøyter med elektronisk kontrollert piezoelektriske krystaller, som presse sine «stempler» inn og ut; Canon Boble Jets brann sine blekk ved å varme det opp i stedet. (Du finner mer informasjon om begge metoder i vår artikkel om blekkskrivere.)
Foto: NASA har eksperimentert med bruk av piezoelektriske materialer for å redusere vibrasjoner og støy fra raskt å spinne helikopterets rotorer. Foto: NASA.
energihøsting med piezoelectricity?,
Hvis du kan gjøre en liten bit av elektrisitet ved å trykke på en piezoelektrisk krystall en gang, kan du gjøre en betydelig mengde ved å trykke mange krystaller over og over igjen? Hva hvis vi begravet krystaller under byens gater og fortau for å fange opp energi som biler og folk gikk forbi? Denne ideen, som er kjent som energiutnyttelse, har fanget manges interesse., Oppfinnere har foreslått alle typer ideer for å lagre energi med skjult piezoelektriske enheter, fra sko som konverterer din walking bevegelser inn i varmen for å holde føttene varme, og mobiltelefoner som lade seg fra kroppens bevegelser, til veier som makt gatelykter, kontaktlinser som fanger opp energi når du blunker, og selv gadgets som gjør energi fra presset av fallende regn.
Kunstverk: energihøsting?, Oppfinnere har vært innlevering mange patenter for bærbare gadgets som vil generere små mengder elektrisitet fra kroppen din bevegelser. Dette eksemplet er en sko med en innebygd piezoelektrisk transduser (1) som springer opp og ned mens du går, sende strøm til en krets (2), og deretter lagre det i et batteri (3).
Er energihøsting en god idé? Ved første blikk, noe som reduserer sløsing av energi og forbedrer effektiviteten høres veldig fornuftig., Hvis du kan bruke etasje i en matbutikk for å fange opp energi fra føttene av stresser kjøpere å skyve sine tunge vogner, og bruke den til å drive butikken er lys eller sin chiller skap, sikkert det må være en god ting? Noen ganger energihøsting kan faktisk gi en anstendig, om enn beskjeden, mengde strøm.
problemet er, imidlertid, at energihøsting ordninger kan være en stor distraksjon fra bedre ideer. Tenk, for eksempel, konseptet med å bygge gater med piezoelektriske «rumble strips» som suge opp energi fra passerende trafikk., Bilene er ekstremt ineffektiv maskiner og bare en liten andel (15 prosent eller så) av energien i sine drivstoff krefter du ned den veien. Bare en brøkdel av denne fraksjonen er tilgjengelig for gjenoppretting fra veien—og du ville ikke være i stand til å gjenopprette alle som brøk med 100 prosent effektivitet. Så mengden energi du kan praktisk talt gjenopprette, og effektiviteten får du ville gjøre for penger du har brukt, ville være minimale., Hvis du virkelig ønsker å spare energi fra biler, fornuftig måte å gjøre det på er å ta ineffektivitet av bil transport mye tidligere i prosessen, for eksempel ved å utvikle motorer som er mer effektiv, å oppmuntre folk til bil dele, bytte fra bensinmotorer til elektriske biler, og ting av den typen.
Det er ikke å si at energihøsting har ingen plass; det kan være virkelig nyttig for lading av mobile enheter som bruker energi som ellers ville gå til avfall. Tenk deg en mobiltelefon som belastes seg selv automatisk hver gang det jiggled rundt i lommen, for eksempel., Selv så, når det kommer til å spare energi, vi skal alltid vurdere større bilde og sørg for at tiden og pengene vi investerer er å produsere best mulig resultater.
Som oppdaget piezoelectricity?
Den piezoelektriske effekten ble oppdaget i 1880 av to franske fysikere, brothersPierre og Paulus-Jacques Curie, i krystaller av kvarts, tourmaline, andRochelle salt (kalium sodium tartrate). De tok navnet suge gresk arbeid piezein, som betyr «å presse.,»Jacques oppsummerte observasjon i en 1889 papir i Annales de Chimie et de Kroppsbygning(mine egne, svært grov oversettelse fra fransk):
«Hvis man trekker eller klemmer langs den viktigste aksen , det vises på enden av denne aksen like mengder elektrisitet over motsatte tegn, proporsjonal å handle kraft, og uavhengig av størrelsen av kvarts.»
Illustrasjoner: Illustrasjoner av Curies arbeid fra Kvarts Piezo-Electrique: Extrait de la Disse de J. CURIE: Annales de Chimie et de Kroppsbygning, t., XVII, 1889, s. 392.
