Hiệu ứng áp điện là gì? Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng áp điện

Hiệu ứng áp điện là gì

Hiệu ứng áp điện được phát hiện vào năm 1880 bởi hai anh em nhà khoa học người Pháp, Jacques và Pierre Curie. Họ phát hiện ra áp điện sau khi nhận ra rằng áp lực lên thạch anh và thậm chí một số tinh thể có thể tạo ra điện tích trong vật liệu. 1 Sau đó, họ gọi hiện tượng khoa học và kỳ lạ này là hiệu ứng áp điện.

Anh em nhà Curie nhanh chóng nhận thấy tầm ảnh hưởng lớn. Đó là khi họ chứng minh rằng khi một điện trường được đặt qua đường dẫn tinh thể, nó làm cho tinh thể chì biến dạng hoặc trở nên rối loạn – bây giờ được gọi là hiệu ứng điện áp ngược.

Bạn Đang Xem: Hiệu ứng áp điện là gì? Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng áp điện

Từ “piezo” bắt nguồn từ từ piezo trong tiếng Hy Lạp, có nghĩa là bóp hoặc ép. Điều thú vị là điện trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là hổ phách. Hổ phách cũng đã từng là một nguồn năng lượng. 2

Công nghệ áp điện được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử ngày nay. Ví dụ: khi bạn đang sử dụng một số loại phần mềm nhận dạng giọng nói hoặc thậm chí siri trên điện thoại thông minh của mình, micrô bạn đang nói có thể sử dụng hiệu ứng áp điện. Loại tinh thể mặt trời này chuyển đổi năng lượng âm thanh trong giọng nói của bạn thành các tín hiệu điện mà máy tính hoặc điện thoại của bạn phiên dịch. 3 Piezo biến mọi thứ trở nên khả thi.

Việc tạo ra các công nghệ tiên tiến hơn bắt nguồn từ việc khám phá ra áp điện. Ví dụ, “sonobuoys” sonars thu nhỏ nhạy cảm và bộ chuyển đổi âm thanh bằng gốm được làm bằng vật liệu áp điện. Ngày nay, chúng ta thấy sự phát triển của nhiều vật liệu và thiết bị áp điện hơn.

Một vật liệu tạo hiệu ứng áp điện không có hiệu điện thế bao gồm một sứ hoặc tinh thể đặt giữa hai tấm kim loại. Để tạo ra áp điện, vật liệu cần được nén hoặc ép. Áp suất cơ học tác dụng lên vật liệu gốm áp điện tạo ra năng lượng điện.

Như thể hiện trong Hình 1, toàn bộ vật liệu đều có tiềm năng. Hai tinh thể áp điện kẹp các tấm kim loại. Tấm kim loại thu thập điện tích, tạo ra / tạo ra một hiệu điện thế (ký hiệu tia sét), đó là áp điện. Theo cách này, hiệu ứng áp điện hoạt động giống như một cục pin nhỏ vì nó tạo ra điện. Đây là hiệu ứng áp điện trực tiếp. Các thiết bị sử dụng hiệu ứng áp điện trực tiếp bao gồm micrô, cảm biến áp suất, micrô và nhiều loại thiết bị cảm biến khác.

Hiệu ứng choáng ngợp

Xem Thêm : &39&39 shake it off nghĩa là gì, nghĩa của từ shake off trong tiếng việt

Hiệu ứng áp điện có thể được đảo ngược, được gọi là hiệu ứng áp điện nghịch đảo. Điều này được tạo ra bằng cách đặt một điện áp để tạo ra sự co lại hoặc giãn nở của tinh thể áp điện (Hình 2). Hiệu ứng áp đảo chuyển năng lượng điện thành năng lượng cơ học.

Sử dụng hiệu ứng siêu cường tạo điều kiện phát triển các thiết bị tạo và tạo ra sóng âm thanh. Ví dụ về thiết bị gây căng thẳng âm thanh là loa (thường được sử dụng trong các thiết bị di động) hoặc bộ rung. Điều thú vị khi có những chiếc loa như thế này là chúng rất mỏng, điều này khiến chúng trở nên hữu ích trên nhiều loại điện thoại. Ngay cả siêu âm y tế và đầu dò sonar cũng sử dụng hiệu ứng triệt tiêu ngược. Bộ biến tần im lặng bao gồm động cơ và thiết bị truyền động.

Vật liệu

Vật liệu áp điện là vật liệu có thể tạo ra năng lượng điện thông qua áp suất cơ học, chẳng hạn như nén. Các vật liệu này cũng biến dạng khi có điện áp đặt vào.

Tất cả các vật liệu áp điện đều không dẫn điện để cho phép hiệu ứng áp điện xảy ra và hoạt động. Chúng có thể được chia thành hai nhóm: pha lê và gốm sứ.

Một số ví dụ về vật liệu áp điện là pzt (còn được gọi là titanat zirconat chì), bari titanat và liti niobat. Những vật liệu nhân tạo này có tác dụng rõ rệt hơn (sử dụng vật liệu tốt hơn) so với thạch anh và các vật liệu áp điện tự nhiên khác.

So sánh pzt và thạch anh. pzt có thể tạo ra nhiều điện áp hơn với cùng một ứng suất cơ được áp dụng. Ngược lại, áp dụng điện áp pzt thay vì thạch anh cung cấp nhiều chuyển động hơn. Thạch anh là một vật liệu áp điện nổi tiếng và là vật liệu áp điện đầu tiên được biết đến.

pzt được tạo ra (ở nhiệt độ cao) từ hai thành phần hóa học (chì và zirconium) kết hợp với một hợp chất gọi là titanate. Công thức hóa học pzt là (pb [zr (x) ti (1-x)] o 3). Nó thường được sử dụng để chế tạo đầu dò siêu âm, tụ điện gốm và các cảm biến và thiết bị truyền động khác. Nó cũng thể hiện một tập hợp đặc biệt của các thuộc tính khác nhau. Năm 1952, pzt được sản xuất bởi Viện Công nghệ Tokyo.

Xem Thêm : Con ngựa trời (bọ ngựa) bay vào nhà là điềm gì, tốt hay xấu?

Bari titanate là một vật liệu sắt áp điện. Do đó, bari titanat có nhiều ứng dụng làm vật liệu áp điện hơn hầu hết các vật liệu khác. Công thức hóa học của nó là batio 3. Bari titanate được phát hiện vào năm 1941 trong Thế chiến thứ hai.

Lithium niobate là một hợp chất kết hợp oxy, lithium và niobi. Công thức hóa học của nó là linbo 3. Nó cũng là một vật liệu gốm sắt điện, có tính chất áp điện giống như bari titanat.

Thiết bị hiệu ứng điện áp

Sonar

Sonar, cho đến những năm 1900, được phát minh bởi Lewis Nixon. Ban đầu, ông đã phát triển sonar để giúp phát hiện các tảng băng trôi. Tuy nhiên, trong Thế chiến thứ nhất, người ta ngày càng quan tâm đến sonar để giúp xác định các tàu ngầm dưới nước. Tất nhiên, sonar có rất nhiều công dụng và cách sử dụng ngày nay, từ định vị cá đến định vị dưới nước và hơn thế nữa.

Trong Hình 3, một sonar phát ra các sóng âm thanh (tín hiệu) thông qua một máy phát để tìm kiếm các vật thể phía trước. Máy phát điện sử dụng hiệu ứng công suất nghịch đảo, tức là máy phát điện sẽ sử dụng điện áp để giúp nó tạo ra sóng âm thanh. Một khi sóng âm chạm vào một vật thể, nó sẽ bị dội ngược trở lại. Máy thu phát hiện các sóng âm thanh dội lại.

Máy thu, không giống như máy phát, sử dụng hiệu ứng áp điện trực tiếp. Thiết bị nhận áp điện bị nén bởi sóng âm trở lại. Nó gửi một tín hiệu (điện áp) đến thiết bị điện tử xử lý tín hiệu, nhận sóng âm thanh bị trả lại và bắt đầu xử lý nó. Nó sẽ xác định khoảng cách của một đối tượng bằng cách tính toán các tín hiệu thời gian từ máy phát và máy thu.

Xem thêm: So sánh Máy phát điện chạy xăng và máy phát điện chạy dầu