do czego służy piezoelektryczność?
Zdjęcie: typowy przetwornik piezoelektryczny. Ten jest dzwonkiem w moim telefonie stacjonarnym: wydaje szczególnie piskliwy i straszny dźwięk ćwierkania, gdy dzwoni telefon!
są różnego rodzaju sytuacje, w których musimy przekształcić energię mechaniczną (ciśnienie lub jakiś ruch) w sygnały elektryczne lub odwrotnie. Często możemy to zrobić za pomocą przetwornika piezoelektrycznego., Przetwornik jest prostym urządzeniem, które przekształca niewielkie ilości energii z jednego rodzaju w inny (na przykład przekształcając światło, dźwięk lub ciśnienie mechaniczne W sygnały elektryczne).
w urządzeniach ultradźwiękowych przetwornik piezoelektryczny przekształca energię elektryczną w niezwykle szybkie wibracje mechaniczne—tak szybko, w rzeczywistości, że wydaje dźwięki, ale te zbyt wysokie,aby nasze uszy słyszały. Te drgania ultradźwiękowe mogą być używane do skanowania, czyszczenia i wszelkiego rodzaju innych rzeczy.,
w mikrofonie musimy przekształcić energię (fale ciśnienia przemieszczające się przez powietrze) w energię elektryczną—i w tym mogą nam pomóc piezoelektryczne kryształy. Wystarczy przykleić wibrującą część mikrofonu do kryształu i, jako fale ciśnienia z napędu głosowego, sprawią, że kryształ będzie poruszał się tam iz powrotem, generując sygnały elektryczne. „Igła” w gramofonie (czasami nazywanym gramofonem) działa w odwrotny sposób. Gdy igła z końcówką Diamond biegnie wzdłuż spiralnego rowka w LP, uderza w górę iw dół., Wibracje te pchają i ciągną się na lekkim krysztale piezoelektrycznym, wytwarzając sygnały elektryczne, które twój stereoten przekształca z powrotem w słyszalne dźwięki.
Zdjęcie: rysik odtwarzacza (sfotografowany od spodu): jeśli nadal odtwarzasz płyty LP, użyjesz takiego rysika, aby przekształcić mechaniczne nierówności na płycie w dźwięki, które słyszysz. Rysik (srebrny poziomy pasek) zawiera maleńki diamentowy kryształ (mała kropka na końcu po prawej stronie), który odbija się w górę iw dół w rowku płyty., Wibracje zniekształcają kryształ piezoelektryczny wewnątrz żółtego wkładu, który wytwarza sygnały elektryczne, które są wzmacniane, aby uzyskać dźwięki, które można usłyszeć.
w zegarku kwarcowym lub zegarku odwrócony efekt piezoelektryczny służy do bardzo precyzyjnego utrzymywania czasu. Energia elektryczna z akumulatora jest podawana do kryształu, aby oscylować tysiące razy na sekundę. Zegarek wykorzystuje następnie układ elektroniczny, aby przekształcić go w wolniejsze, raz na sekundę bicie, którego mały silnik i niektóre precyzyjne lata używają do napędzania rąk sekund, minut i godzin dookoła tarczy zegara.,
piezoelektryczność jest również stosowana, znacznie bardziej brutalnie, w zapalniczkach iskrowych do pieców gazowych i piecyków gazowych. Naciśnij włącznik zapalniczki, a usłyszysz dźwięk kliknięcia i zobaczysz, jak pojawiają się iskry. Po naciśnięciu przełącznika ściska się kryształ piezoelektryczny, generuje napięcie, a iskra przelatuje przez małą szczelinę.
Jeśli masz drukarkę atramentową siedzącą na biurku, to używa precyzyjnych „strzykawek” do tryskania kropelkami papieru., Niektóre atramenty tryskają strzykawkami za pomocą elektronicznie sterowanych kryształów piezoelektrycznych, które wyciskają ich „tłoki” do I Na Zewnątrz; Canon Bubble Jets wystrzeliwują swój atrament, ogrzewając go zamiast tego. (Więcej szczegółów na temat obu metod znajdziesz w naszym artykule o drukarkach atramentowych.)
Zdjęcie: NASA eksperymentowała z wykorzystaniem materiałów piezoelektrycznych w celu zmniejszenia wibracji i hałasu z szybko wirujących wirników śmigłowców. Zdjęcie dzięki uprzejmości NASA.
pozyskiwanie energii z piezoelektrycznością?,
Jeśli można zrobić trochę elektryczności naciskając jeden piezoelektryczny kryształ raz, można zrobić znaczną ilość naciskając wiele kryształów w kółko? A gdybyśmy zakopali kryształy pod ulicami i chodnikami miasta, aby uchwycić energię, gdy przejeżdżają Samochody i ludzie? Pomysł ten, znany jako pozyskiwanie energii, wzbudził zainteresowanie wielu ludzi., Wynalazcy zaproponowali wszelkiego rodzaju pomysły na przechowywanie energii za pomocą ukrytych urządzeń piezoelektrycznych, od butów, które zamieniają ruchy chodzenia na ciepło, aby utrzymać stopy w cieple, i telefonów komórkowych, które ładują się od ruchów ciała, do dróg zasilających latarnie uliczne, soczewek kontaktowych, które wychwytują energię podczas mrugania, a nawet gadżetów, które wytwarzają energię z ciśnienia spadającego deszczu.
grafika: pozyskiwanie energii?, Wynalazcy zgłosili wiele patentów na gadżety do noszenia, które będą generować niewielkie ilości energii elektrycznej z ruchów ciała. Ten przykład to but z wbudowanym przetwornikiem piezoelektrycznym (1), który spręża się w górę iw dół podczas chodzenia, wysyłając energię elektryczną do obwodu (2), a następnie przechowując ją w baterii (3).
czy pozyskiwanie energii to dobry pomysł? Na pierwszy rzut oka wszystko, co minimalizuje straty energii i poprawia wydajność, brzmi naprawdę rozsądnie., Jeśli możesz użyć podłogi sklepu spożywczego, aby uchwycić energię ze stóp spieszących kupujących pchających ciężkie wózki, i użyć jej do zasilania świateł sklepu lub szafek chłodniczych, z pewnością musi to być dobra rzecz? Czasami pozyskiwanie energii może rzeczywiście zapewnić przyzwoitą, choć raczej skromną ilość energii.
problem polega jednak na tym, że schematy pozyskiwania energii mogą być dużym odwróceniem uwagi od lepszych pomysłów. Rozważ na przykład koncepcję budowy ulic z piezoelektrycznymi „pasami rumble”, które pochłaniają energię z przechodzącego ruchu., Samochody są bardzo nieefektywne Maszyny i tylko niewielka ilość (15 procent lub tak) energii w ich uprawnienia paliwa w dół drogi. Tylko ułamek tej frakcji jest dostępny do odzyskania z drogi—i nie byłoby w stanie odzyskać całej tej frakcji ze 100-procentową wydajnością. Tak więc ilość energii, którą mógłbyś praktycznie odzyskać, i przyrost wydajności, który zarobiłbyś za wydane pieniądze, byłby znikomy., Jeśli naprawdę chcesz oszczędzać energię z samochodów, rozsądnym sposobem na to jest rozwiązanie problemu nieefektywności transportu samochodowego znacznie wcześniej w tym procesie; na przykład poprzez projektowanie silników, które są bardziej wydajne, zachęcanie ludzi do udziału w samochodach, zamiana z silników benzynowych na samochody elektryczne i tego rodzaju rzeczy.
nie oznacza to, że pozyskiwanie energii nie ma miejsca; może być naprawdę przydatne do ładowania urządzeń mobilnych za pomocą energii, która w przeciwnym razie pójdzie na marne. Wyobraź sobie na przykład telefon komórkowy, który ładuje się automatycznie za każdym razem, gdy wędruje w Twojej kieszeni., Mimo to, jeśli chodzi o oszczędzanie energii, zawsze powinniśmy wziąć pod uwagę szerszy obraz i upewnić się, że zainwestowany czas i pieniądze przynoszą najlepsze możliwe rezultaty.
kto odkrył piezoelektryczność?
efekt piezoelektryczny został odkryty w 1880 roku przez dwóch francuskich fizyków, braci spierre 'a i Paula-Jacques' a Curie, w kryształach kwarcu, turmalinie, soli andRochelle (winian potasu sodu). Nazwa wzięła się od greckiego dzieła piezein, co oznacza ” prasować.,”Jacques podsumował tę obserwację w pracy z 1889 roku w Annales de Chimie et de Physique (moje własne bardzo szorstkie tłumaczenie z francuskiego):
„jeśli ktoś ciągnie lub ściska wzdłuż głównej osi , pojawia się na końcach tej osi równe ilości energii elektrycznej przeciwnych znaków, proporcjonalne do siły działającej i niezależne od wymiarów kwarcu.”
grafika: ilustracje prac Curies z kwarcu Piezo-Electrique: Extrait de la These DE J. CURIE: Annales de Chimie et de Physique, t., XVII, 1889, s. 392.
