vad används piezoelektricitet för?
foto: en typisk piezoelektrisk givare. Den här är ringsignalen inuti min fasta telefon: det gör ett särskilt gäll och hemskt kvittrande ljud när telefonen ringer!
det finns alla typer av situationer där vi behöver omvandla mekanisk energi (tryck ellerrörelse av något slag) till elektriska signaler eller vice versa. Ofta kan vigör det med en piezoelektrisk givare., En givare är helt enkelten enhet som omvandlar små mängder energi från ett slag till ett annat (till exempel omvandlar ljus,ljud eller mekaniskt tryck till elektriska signaler).
i ultraljudsutrustning omvandlar en piezoelektrisk givare elektrisk energi till extremt snabba mekaniska vibrationer—så snabbt att det faktiskt gör ljud, men de som är för höga för att våra öron ska höra. Dessa ultraljudsvibrationer kan användas förbehandling, rengöring och alla slags andra saker.,
i en mikrofon måste vi konverteraljudenergi (tryckvågor som färdas genom luften) till elektrisk energi—och det är något piezoelectricckristaller kan hjälpa oss med. Håll bara den vibrerande delen av themicrophone till en kristall och, som tryckvågor från din voicearrive, kommer de att göra kristallen rör sig fram och tillbaka, generatingcorresponding elektriska signaler. ”Nålen” i en grammofon(ibland kallad en skivspelare) fungerar på motsatt sätt. När diamondtippad nål rider längs spiralspåret i din LP, suger den upp och ner., Dessa vibrationer trycker och drar på en lightweightpiezoelektrisk kristall, som producerar elektriska signaler som din stereothen omvandlar tillbaka till hörbara ljud.
Foto: spela in spelarens stylus (fotograferad underifrån): om du fortfarande spelar LP-skivor använder du en penna som denna för att omvandla de mekaniska stötarna på skivan till ljud du kan höra. Stylus (Silver horisontell bar) innehåller en liten diamant kristall (den lilla pricken på slutet till höger) som studsar upp och ner i rekordspåret., Vibrationerna förvränger en piezoelektrisk kristall inuti den gula patronen som producerar elektriska signaler, som förstärks för att göra de ljud du kan höra.
i en kvartsur eller klocka används den omvända piezoelektriska effektenanvänds för att hålla tiden mycket exakt. Elektrisk energi från ett batteri matas in i en kristall tillgör det oscillera tusentals gånger per sekund. Klockan använder dåen elektronisk krets för att göra det till långsammare, en gång per sekund beatsthat en liten motor och några precisiongears använder för att köra den andra, minut och timme händer runt klockans ansikte.,
piezoelektricitet används också, mycket mer crudely, i gnisttändare för gasugnar ochbatterier. Tryck på en tändare och du hör ett klickande ljudoch se gnistor visas. Vad du gör,när du trycker på strömbrytaren, klämmer en piezoelektrisk kristall, genererar en spänning ochgör en gnista som flyger över en liten lucka.
om du har en bläckstråleskrivare som sitter på skrivbordet, använder den precision ”sprutor” för att spruta droppar avink på papperet., Vissa inkjets sprutar sina sprutor med elektroniskt styrda piezoelektriska kristaller, som pressar sina ”plungers” in och ut; Canon Bubble Jets avfyrar deras bläck genom att värma det istället. (Du hittar mer information om båda metoderna i vår artikel om bläckstråleskrivare.)
foto: NASA har experimenterat med att använda piezoelektriska material för att minska vibrationer och buller från snabbt spinnande helikopterrotorer. Foto med tillstånd av NASA.
energiskörd med piezoelektricitet?,
om du kan göra en liten bit el genom att trycka på en piezoelektrisk kristall en gång, kan du göra en betydande mängd genom att trycka på många kristaller om och om igen? Vad händer om vi begravde kristaller under stadens gator och trottoarer för att fånga energi som bilar och människor passerade? Denna idé, som kallas energiskörd, har fångat många människors intresse., Uppfinnare har föreslagit alla typer av idéer för att lagra energi med dolda piezoelektriska enheter, från skor som omvandlar dina gångrörelser till värme för att hålla fötterna varma och mobiltelefoner som laddar sig från dina kroppsrörelser, till vägar som Power streetlights, kontaktlinser som fångar energi när du blinkar, och även prylar som gör energi från trycket av fallande regn.
konstverk: energiskörd?, Uppfinnare har lämnat in massor av patent för bärbara prylar som kommer att generera små mängder el från din kroppsrörelser. Detta exempel är en sko med en inbyggd piezoelektrisk givare (1) som fjädrar upp och ner när du går, skickar el till en krets (2) och sedan lagrar den i ett batteri (3).
är energiskörd en bra idé? Vid första anblicken låter allt som minimerar avfallsenergi och förbättrar effektiviteten riktigt förnuftigt., Om du kan använda golvet i en livsmedelsbutik för att fånga energi från fötterna för att skynda shoppare driver sina tunga vagnar, och använda det för att driva butikens ljus eller dess kylskåp, säkert det måste vara en bra sak? Ibland kan energiskörd verkligen ge en anständig, om ganska blygsam, mängd kraft.
problemet är dock att system för energiskörd kan vara en stor distraktion från Bättre idéer. Tänk till exempel begreppet bygggator med piezoelektriska ”rumble strips” som suger upp energi från att passera trafik., Bilar är extremt ineffektiva maskiner och endast en liten mängd (15 procent eller så) av energin i deras bränsle driver dig på vägen. Endast en bråkdel av denna fraktion är tillgänglig för återhämtning från vägen—och du skulle inte kunna återställa all den fraktionen med 100 procent effektivitet. Så mängden energi du kan praktiskt taget återhämta sig, och effektivitetsvinsten du skulle tjäna för de pengar du spenderade, skulle vara minuscule., Om du verkligen vill spara energi från bilar är det förnuftiga sättet att göra det att ta itu med ineffektiviteten hos biltransporter mycket tidigare i processen. till exempel genom att utforma motorer som är effektivare, uppmuntra människor att dela bil, byta från bensinmotorer till elbilar och saker av det slaget.
det är inte att säga att energiskörd inte har någon plats; det kan vara väldigt användbart för att ladda mobila enheter med energi som annars skulle gå till spillo. Föreställ dig en mobiltelefon som laddade sig automatiskt varje gång det jiggled runt i fickan, till exempel., Men när det gäller att spara energi bör vi alltid överväga den större bilden och se till att den tid och de pengar vi investerar ger bästa möjliga resultat.
som upptäckte piezoelektricitet?
Den piezoelektriska effekten upptäcktes på 1880-talet av två franska läkare, brothersPierre och Paul-Jacques Curie, i kristaller av kvarts, turmalin, andRochelle salt (natriumkaliumtartrat). De tog namnet fråndet grekiska arbetet piezein, vilket betyder ” att trycka på.,”Jacques sammanfattade observationen i ett 1889-papper i Annales de Chimie et de Physique(min egen väldigt grova översättning från franska):
” om man drar eller klämmer längs huvudaxeln visas vid ändarna av denna axel lika stora mängder el av motsatta tecken , proportionella mot den tillförda kraften och oberoende av kvarttens dimensioner.”
konstverk: illustrationer av Kuriernas verk från Quartz Piezo-Electrique: Extrait de la These de J. CURIE: Annales de Chimie et de Physique, t., XVII, 1889, s. 392.
