Ang piezoelectric effect ay natuklasan ng mga French scientist na Curie brothers sa pagtatapos ng ika-19 na siglo. Sa oras na iyon, masyadong maaga upang pag-usapan ang praktikal na aplikasyon ng natuklasang kababalaghan, ngunit sa kasalukuyan, ang mga elemento ng piezoelectric ay malawakang ginagamit kapwa sa teknolohiya at sa pang-araw-araw na buhay.
Nilalaman
Ang kakanyahan ng piezoelectric effect
Ang mga tanyag na pisiko ay nagtatag na kapag ang ilang mga kristal (rock crystal, tourmaline, atbp.) ay na-deform, ang mga singil sa kuryente ay lumalabas sa kanilang mga mukha. Kasabay nito, ang potensyal na pagkakaiba ay maliit, ngunit ito ay may kumpiyansa na naayos ng mga aparato na umiiral sa oras na iyon, at sa pamamagitan ng pagkonekta sa mga seksyon na may magkasalungat na mga singil sa polar gamit ang mga conductor, posible na makakuha ng kuryente. Ang kababalaghan ay naayos lamang sa dynamics, sa sandali ng compression o pag-uunat. Ang pagpapapangit sa static na mode ay hindi naging sanhi ng isang piezoelectric na epekto.
Sa lalong madaling panahon, ang kabaligtaran na epekto ay theoretically justified at natuklasan sa pagsasanay - kapag ang isang boltahe ay inilapat, ang kristal ay deformed.Ito ay lumabas na ang parehong mga phenomena ay magkakaugnay - kung ang isang sangkap ay nagpapakita ng isang direktang piezoelectric na epekto, kung gayon ang kabaligtaran ay likas din dito, at kabaliktaran.
Ang kababalaghan ay sinusunod sa mga sangkap na may anisotropic type crystal lattice (na ang mga pisikal na katangian ay naiiba depende sa direksyon) na may sapat na kawalaan ng simetrya, pati na rin ang ilang mga polycrystalline na istruktura.
Sa anumang solidong katawan, ang inilapat na panlabas na puwersa ay nagdudulot ng pagpapapangit at mekanikal na mga stress, at sa mga sangkap na may epektong piezoelectric, nagdudulot din sila ng polariseysyon ng mga singil, at ang polariseysyon ay nakasalalay sa direksyon ng inilapat na puwersa. Kapag binabago ang direksyon ng pagkakalantad, ang parehong direksyon ng polariseysyon at ang polarity ng mga singil ay nagbabago. Ang pagdepende ng polariseysyon sa mekanikal na stress ay linear at inilalarawan ng expression na P=dt, kung saan ang t ay mekanikal na stress, at d ay isang koepisyent na tinatawag na piezoelectric module (piezoelectric module).
Ang isang katulad na kababalaghan ay nangyayari sa reverse piezoelectric effect. Kapag nagbabago ang direksyon ng inilapat na electric field, nagbabago ang direksyon ng pagpapapangit. Dito ang dependence ay linear din: r=dE, kung saan ang E ay ang lakas ng electric field at ang r ay ang strain. Ang coefficient d ay pareho para sa direkta at kabaligtaran na mga epekto ng piezoelectric para sa lahat ng mga sangkap.
Sa katunayan, ang mga equation sa itaas ay mga pagtatantya lamang. Ang mga aktwal na dependences ay mas kumplikado at tinutukoy din ng direksyon ng mga puwersa na nauugnay sa mga axes ng kristal.
Mga sangkap na may epektong piezoelectric
Sa unang pagkakataon, ang piezoelectric effect ay natagpuan sa mga rock crystal (kuwarts). Hanggang ngayon, ang materyal na ito ay karaniwan sa paggawa ng mga elemento ng piezoelectric, ngunit hindi lamang mga likas na materyales ang ginagamit sa paggawa.
Maraming piezoelectrics ang ginawa mula sa mga substance na may ABO formula.3, hal. BaTiO3, РbТiO3. Ang mga materyales na ito ay may polycrystalline (binubuo ng maraming mga kristal) na istraktura, at upang mabigyan sila ng kakayahang magpakita ng isang piezoelectric na epekto, dapat silang sumailalim sa polariseysyon gamit ang isang panlabas na larangan ng kuryente.
May mga teknolohiya na ginagawang posible upang makakuha ng film piezoelectrics (polyvinylidene fluoride, atbp.). Upang mabigyan sila ng mga kinakailangang katangian, kailangan din nilang i-polarized nang mahabang panahon sa isang electric field. Ang bentahe ng naturang mga materyales ay isang napakaliit na kapal.
Mga katangian at katangian ng mga sangkap na may epektong piezoelectric
Dahil ang polariseysyon ay nangyayari lamang sa panahon ng nababanat na pagpapapangit, isang mahalagang katangian ng isang piezomaterial ay ang kakayahang magbago ng hugis sa ilalim ng pagkilos ng mga panlabas na puwersa. Ang halaga ng kakayahang ito ay natutukoy sa pamamagitan ng elastic compliance (o elastic rigidity).
Ang mga kristal na may piezoelectric effect ay lubos na nababanat - kapag ang puwersa (o panlabas na diin) ay inalis, sila ay bumalik sa kanilang orihinal na hugis.
Ang mga piezocrystal ay mayroon ding sariling mechanical resonant frequency. Kung gagawin mong mag-vibrate ang kristal sa dalas na ito, magiging malaki ang amplitude.
Dahil ang epekto ng piezoelectric ay ipinakita hindi lamang sa pamamagitan ng mga buong kristal, kundi pati na rin ng mga plato ng mga ito na pinutol sa ilalim ng ilang mga kundisyon, posible na makakuha ng mga piraso ng piezoelectric na sangkap na may resonance sa iba't ibang mga frequency, depende sa mga geometric na sukat at direksyon ng hiwa.
Gayundin, ang mga katangian ng vibrational ng mga piezoelectric na materyales ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mekanikal na kadahilanan ng kalidad. Ipinapakita nito kung gaano karaming beses na tumataas ang amplitude ng mga oscillations sa resonant frequency na may katumbas na puwersang inilapat.
Mayroong malinaw na pag-asa sa mga katangian ng isang piezoelectric sa temperatura, na dapat isaalang-alang kapag gumagamit ng mga kristal. Ang pag-asa na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga coefficient:
- ang temperatura coefficient ng resonant frequency ay nagpapakita kung gaano kalaki ang resonance na nawawala kapag ang kristal ay pinainit / pinalamig;
- tinutukoy ng koepisyent ng pagpapalawak ng temperatura kung gaano nagbabago ang mga linear na sukat ng piezoelectric plate sa temperatura.
Sa isang tiyak na temperatura, ang piezocrystal ay nawawala ang mga katangian nito. Ang limitasyong ito ay tinatawag na temperatura ng Curie. Ang limitasyong ito ay indibidwal para sa bawat materyal. Halimbawa, para sa kuwarts ito ay +573 °C.
Praktikal na paggamit ng piezoelectric effect
Ang pinakatanyag na aplikasyon ng mga elemento ng piezoelectric ay bilang isang elemento ng pag-aapoy. Ang piezoelectric effect ay ginagamit sa mga pocket lighter o kitchen igniter para sa mga gas stoves. Kapag pinindot ang kristal, lumitaw ang isang potensyal na pagkakaiba at lumilitaw ang isang spark sa puwang ng hangin.
Ang lugar na ito ng paglalapat ng mga elemento ng piezoelectric ay hindi naubos. Ang mga kristal na may katulad na epekto ay maaaring gamitin bilang mga strain gauge, ngunit ang lugar na ito ng paggamit ay limitado sa pamamagitan ng pag-aari ng piezoelectric effect na lilitaw lamang sa dinamika - kung ang mga pagbabago ay huminto, ang signal ay hihinto sa pagbuo.
Maaaring gamitin ang mga piezocrystal bilang mikropono - kapag nalantad sa mga acoustic wave, nabuo ang mga electrical signal. Ang reverse piezoelectric effect ay nagpapahintulot din (kung minsan ay sabay-sabay) ang paggamit ng mga elemento tulad ng sound emitters. Kapag ang isang de-koryenteng signal ay inilapat sa kristal, ang piezoelectric na elemento ay magsisimulang bumuo ng mga acoustic wave.
Ang ganitong mga emitters ay malawakang ginagamit upang lumikha ng mga ultrasonic wave, sa partikular, sa medikal na teknolohiya. Sa ito ang mga resonant properties ng plate ay maaari ding gamitin.Maaari itong magamit bilang isang acoustic filter na pumipili lamang ng mga natural na frequency wave. Ang isa pang pagpipilian ay ang paggamit ng piezoelectric na elemento sa isang sound generator (sirena, detector, atbp.) nang sabay-sabay bilang isang frequency-setting at sound-emitting element. Sa kasong ito, ang tunog ay palaging bubuo sa resonant frequency, at ang maximum na volume ay maaaring makuha sa kaunting pagkonsumo ng enerhiya.
Ang mga katangian ng resonance ay ginagamit upang patatagin ang mga frequency ng mga generator na tumatakbo sa hanay ng frequency ng radyo. Ang mga quartz plate ay gumaganap ng papel ng mataas na matatag at mataas na kalidad na mga oscillatory circuit sa mga frequency-setting circuit.
Mayroon pa ring kamangha-manghang mga proyekto upang i-convert ang enerhiya ng elastic deformation sa elektrikal na enerhiya sa isang pang-industriyang sukat. Maaari mong gamitin ang pagpapapangit ng simento sa ilalim ng impluwensya ng gravity ng mga pedestrian o mga kotse, halimbawa, upang maipaliwanag ang mga seksyon ng mga track. Maaari mong gamitin ang enerhiya ng pagpapapangit ng mga pakpak ng sasakyang panghimpapawid upang maibigay ang network ng sasakyang panghimpapawid. Ang ganitong paggamit ay pinipigilan ng hindi sapat na kahusayan ng mga elemento ng piezoelectric, ngunit ang mga pilot plant ay nalikha na, at ipinakita nila ang pangako ng karagdagang pagpapabuti.
Mga katulad na artikulo:
