piëzo-elektriciteit

waarvoor wordt piëzo-elektriciteit gebruikt?

Foto: een typische piëzo-elektrische transducer. Dit is de beltoon in mijn vaste telefoon: het maakt een bijzonder schrille en verschrikkelijke getjilp geluid wanneer de telefoon gaat!

Er zijn allerlei situaties waarin we mechanische energie (druk of beweging van een soort) moeten omzetten in elektrische signalen of vice versa. Vaak kunnen we dat met een piëzo-elektrische transducer., Een transducer is een apparaat dat kleine hoeveelheden energie omzet van de ene soort in de andere (bijvoorbeeld, het omzetten van licht, geluid, of mechanische druk in elektrische signalen).in ultrasone apparatuur zet een piëzo-elektrische transducer elektrische energie om in extreem snelle mechanische trillingen—zo snel zelfs dat hij geluiden maakt, maar die te hoog zijn om onze oren te horen. Deze ultrasone trillingen kunnen worden gebruikt voorscanning, reiniging, en allerlei andere dingen.,

in een microfoon moeten we geluidsenergie (drukgolven die door de lucht reizen) omzetten in elektrische energie—en dat is iets waar piëzoelektrische kristallen ons mee kunnen helpen. Plak gewoon het vibrerende deel van de microfoon op een kristal en, als drukgolven van je stem, laten ze het kristal heen en weer bewegen, en genereren overeenkomstige elektrische signalen. De “naald” in een grammofoon(soms een platenspeler genoemd) werkt op de tegenovergestelde manier. Als de naald met een dikke punt langs de spiraalgroef in je LP rijdt, gaat hij op en neer., Deze trillingen duwen en trekken op een lichtgewicht piezo-elektrisch kristal, het produceren van elektrische signalen die uw stereothen converteert terug in hoorbare geluiden.

Photo: record-player stylus (van onderaf gefotografeerd): als u nog steeds LP-records speelt, gebruikt u een stylus als deze om de mechanische hobbels op de plaat om te zetten in geluiden die u kunt horen. De stylus (zilveren horizontale balk) bevat een klein diamantkristal (het kleine stipje aan het uiteinde aan de rechterkant) dat op en neer stuitert in de recordgroef., De trillingen vervormen een piëzo-elektrisch kristal in de gele patroon dat elektrische signalen produceert, die worden versterkt om de geluiden te maken die je kunt horen.

In een kwartsklok of horloge wordt het omgekeerde piëzo-elektrische effect gebruikt om de tijd zeer nauwkeurig te houden. Elektrische energie van een batterij wordt in een kristal gevoerd om het duizenden keren per seconde te laten oscilleren. Het horloge gebruikt dan een elektronisch circuit om dat om te zetten in langzamere, een keer per seconde slagen die een kleine motor en enkele precisiejaren gebruiken om de tweede, minuut en uurwijzers rond de klok te rijden.,

piëzo-elektriciteit wordt ook veel grofweg gebruikt in vonkaanstekers voor gaskachels en staafkachels. Druk op een lichtere schakelaar en je hoort een klikkend geluid en ziet vonken verschijnen. Als je op de schakelaar drukt,knijp je in een piëzo-elektrisch kristal, genereer je een spanning, en maak je een vonk over een klein gat.

als u een inkjetprinter op uw bureau hebt zitten, gebruikt deze precisiespuiten om druppeltjes ofink op het papier te spuiten., Sommige inkjets spuiten hun spuiten met behulp van elektronisch gecontroleerde piëzo-elektrische kristallen, die hun “plungers” in en uit knijpen; Canon Bubble Jets vuur hun inkt door het te verwarmen in plaats daarvan. (U vindt meer informatie over beide methoden in ons artikel over inkjetprinters.)

Foto: NASA heeft geëxperimenteerd met het gebruik van piëzo-elektrische materialen om trillingen en lawaai van snel draaiende helikopterrotoren te verminderen. Foto met dank aan NASA.

energiewinning met piëzo-elektriciteit?,

Als u een klein beetje elektriciteit kunt maken door één piëzo-elektrisch kristal één keer in te drukken, kunt u dan een significante hoeveelheid maken door vele kristallen steeds opnieuw in te drukken? Wat als we kristallen begroeven onder straten en trottoirs om energie op te vangen terwijl Auto ‘ s en mensen voorbij kwamen? Dit idee, dat bekend staat als energiewinning, heeft de interesse van veel mensen getrokken., Uitvinders hebben allerlei ideeën voorgesteld voor het opslaan van energie met verborgen piëzo-elektrische apparaten, van schoenen die je loopbewegingen omzetten in warmte om je voeten warm te houden, en mobiele telefoons die zichzelf opladen vanuit je lichaamsbewegingen, tot wegen die straatlantaarns aandrijven, contactlenzen die energie opnemen als je knippert, en zelfs gadgets die energie maken van de druk van vallende regen.

kunstwerk: energie oogsten?, Uitvinders zijn het indienen van veel patenten voor draagbare gadgets die kleine hoeveelheden elektriciteit uit uw lichaam bewegingen zal genereren. Dit voorbeeld is een schoen met een ingebouwde piëzo-elektrische transducer (1) die tijdens het lopen op en neer springt, elektriciteit naar een circuit stuurt (2) en deze vervolgens in een batterij opslaat (3).

Is energiewinning een goed idee? Op het eerste gezicht, alles wat afval energie minimaliseert en verbetert de efficiëntie klinkt echt verstandig., Als je de vloer van een supermarkt zou kunnen gebruiken om energie te vangen van de voeten van haastige shoppers duwen hun zware karren, en dat gebruiken om de winkel lichten of de koeler kasten, zeker dat moet een goede zaak? Soms kan energiewinning inderdaad een behoorlijke, zij het bescheiden, hoeveelheid energie opleveren.

het probleem is echter dat energieopvangprogramma ‘ s een grote afleiding kunnen zijn van betere ideeën. Denk bijvoorbeeld aan het concept van het bouwen van Straten met piëzo-elektrische “rumble strips” die energie opzuigen van passerende verkeer., Auto ‘ s zijn zeer inefficiënte machines en slechts een kleine hoeveelheid (15 procent of zo) van de energie in hun brandstof bevoegdheden u op de weg. Slechts een fractie van deze fractie is beschikbaar voor herstel van de weg—en je zou niet in staat zijn om al die fractie te herstellen met 100 procent efficiëntie. Dus de hoeveelheid energie die je praktisch kon herstellen, en de efficiëntiewinst die je zou maken voor het geld dat je uitgaf, zou minuscuul zijn., Als je echt energie uit auto ’s wilt besparen, is de verstandige manier om dat te doen de inefficiënties van het autovervoer veel eerder in het proces aan te pakken; bijvoorbeeld door efficiëntere motoren te ontwerpen, mensen aan te moedigen om auto’ s te delen, om te wisselen van benzinemotoren naar elektrische auto ‘ s, en dat soort dingen.

dat wil niet zeggen dat energiewinning geen plaats heeft; het zou echt nuttig kunnen zijn voor het opladen van mobiele apparaten die energie gebruiken die anders verloren zou gaan. Stel je een mobiele telefoon voor die zichzelf automatisch opladen elke keer dat hij in je zak jiggled, bijvoorbeeld., Toch moeten we bij het besparen van energie altijd rekening houden met het grotere geheel en ervoor zorgen dat de tijd en het geld die we investeren de best mogelijke resultaten oplevert.

wie ontdekte piëzo-elektriciteit?het piëzo-elektrisch effect werd in 1880 ontdekt door twee Franse natuurkundigen, brothersPierre en Paul-Jacques Curie, in kristallen van kwarts, toermalijn en androchellezout (kaliumnatriumtartraat). Ze namen de naam van het Griekse werk piezein, wat betekent “pers.,”Jacques vatte de waarneming samen in een paper uit 1889 in Annales de Chimie et de Physique(mijn eigen ruwe vertaling uit het Frans):

“als men langs de hoofdas trekt of knijpt , verschijnen er aan de uiteinden van deze as gelijke hoeveelheden elektriciteit van tegengestelde tekens, evenredig aan de werkende kracht en onafhankelijk van de afmetingen van het kwarts.”

Artwork: Illustrations of the Curies’ work from Quartz Piezo-Electrique: Extrait De la These De J. CURIE: Annales de Chimie et de Physique, t., XVII, 1889, blz. 392.