Čo je to piezoelektrický jav a ako sa používa?

  • Dec 14, 2020
click fraud protection

Jedným z problémov modernej elektroniky a elektrotechniky je premena elektrického prúdu na mechanický pohyb a naopak. Vzniká z dôvodu odlišnej povahy mechanického pohybu a elektrického prúdu. Existujú rôzne prístupy k riešeniu tohto problému, každý s vlastnou triedou zariadení. Ďalej sa bude diskutovať o piezoelektrickej technike.

Podstata piezoelektrického javu a jeho hlavné vlastnosti

Prvé správy o piezoelektrickom efekte publikovali v roku 1880 vo Francúzsku bratia Curieovci. Zistili, že mechanická deformácia kremeňa a niektorých ďalších kryštalických materiálov tlakom, stlačením, natiahnutím a krútením na ňom vytvára elektrický náboj. Autori objavu nazvali takéto náboje piezoelektrinou z gréckeho slova „crush“. Materiály s takouto vlastnosťou boli podľa toho zaradené do skupiny piezoelektrik.

Pozoruhodnou kvalitou piezoelektrického javu je jeho reverzibilita, ako je znázornené na obrázku 1. Inými slovami, akýkoľvek piezoelektrický materiál vytvára nielen elektrický náboj pod tlakom, ale tiež začína meniť svoj objem, keď je v elektrickom poli.

instagram viewer
Obrázok 1. Priame a reverzné piezoelektrické efekty
Obrázok 1. Priame a reverzné piezoelektrické efekty

Piezoelektrické prístroje sú rozšírené v moderných technológiách. Toto uľahčujú:

  • lacnosť, prevalencia a ľahkosť spracovania piezoelektrických materiálov;
  • dobrá stabilita ich elektrických a mechanických vlastností v čase.

Nemenej dôležitá je skutočnosť, že veľkosť samotného náboja a mechanických posunov v niektorých prípadoch postačujú na ich priame použitie bez zapojenia ďalších zosilňovačov.

Niektoré aplikácie

Tu uvádzam iba niekoľko príkladov piezoelektrickej technológie pre hromadné použitie.

Ručný piezoelektrický zapaľovač sa začal hromadne predávať v 70. rokoch. posledné storočie. Elektrina, ktorá sa na kryštáli objaví po stlačení klávesu, smeruje k elektródam, medzi ktorými pri vybití preskočí iskra a zapáli plyn. V súčasnosti sú plynové kachle stredného a staršieho modelu vybavené zabudovanými prvkami, obrázok 2.

Obrázok 2. Vstavaný piezoelektrický prvok pre plynový sporák

Piezo filter je populárny v elektronike kvôli skutočnosti, že ako mechanický systém má piezo kryštál veľmi vysokú hodnotu vibrácií. Vo výsledku môže výrazne znížiť šírku pásma filtrovania a efektívne vzájomne oddeliť signály.

Sonar používa kryštál ako vysielač zvukových zvukových vĺn a prijímač signálov, odrazené od akejkoľvek podvodnej prekážky (dno, ryby, naplavené drevo, ponorka atď.), obrázok 3.

Obrázok 3. Pracovný prvok rybárskeho sonaru

Mikromotory zaostrovacích prvkov televíznych kamier, elektronicko-mechanické spínače optických signálov a ďalšie prvky. Výhodné v tom, že vytvárajú lineárny pohyb priamo bez medzilehlej transformácie z rotačného.

Bzučiaky mobilných telefónov, ktoré vibrujú hovor v tichom režime.

Piezo hlavy pre atramentové tlačiarne, ktoré riadia proces nanášania atramentu na papier.