Piezoelektryk: Różnice pomiędzy wersjami

Dodane 18 bajtów ,  6 lat temu
m
WP:SK, miernikowcowate, drobne techniczne
m (Bot: Przenoszę linki interwiki (41) do Wikidata, są teraz dostępne do edycji na d:q183759)
m (WP:SK, miernikowcowate, drobne techniczne)
'''Piezoelektryki''' lub '''materiały piezoelektryczne''' – [[Ciało krystaliczne|kryształy]], w których obserwowane jest zjawisko piezoelektryczne, polegające na pojawieniu się pod wpływem [[naprężenie|naprężeń mechanicznych]] [[ładunek elektryczny|ładunków elektrycznych]] na ich powierzchni.
 
Piezoelektryki przejawiają również '''odwrotne zjawisko piezoelektryczne''', polegające na zmianie wymiarów kryształu pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. Zjawisko to bywa (błędnie<ref name = "Föll">{{Cytuj stronę | nazwisko = Föll | imię = Helmut | praca = Electronic Materials | tytuł = Piezo Electricity and Related Effects | opublikowany = University of Kiel | url = http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/elmat_en/kap_3/backbone/r3_6_1.html | data = | data dostępu = 2011-11-25}}</ref>) nazywane [[elektrostrykcja|elektrostrykcją]]<ref name="Volumed">{{cytuj książkę|autor=Stanisław Miękisz (red.), Andrzej Hendrich (red.)|tytuł=Wybrane zagadnienia z biofizyki|wydawca=Volumed|miejsce=Wrocław |data=1998|isbn=83-85564-22-5}}</ref>.
 
Piezoelektrykami mogą być zarówno [[monokryształ]]y (np. [[kwarc]]) jak i [[polikryształ]]y, których [[komórka elementarna|komórki elementarne]] nie mają [[Symetria środkowa|środka symetrii]]. Istnieją również ceramiki i substancje organiczne o właściwościach piezoelektrycznych, takie jak [[polimer]]y, [[DNA]], białka, kości.
 
== Mechanizm powstania efektu piezoelektrycznego ==
[[Plik:Piezoeffekt350px clr.gif|thumb|300px|left|Mechanizm powstania efektu piezoelektrycznego.
Naprężenie (zielona strzałka) powoduje powstanie polaryzacji elektrycznej (pomarańczowa strzałka).]]
Kryształy piezoelektryczne charakteryzują się tym, że posiadają [[wiązanie chemiczne#Wiązanie jonowe|wiązania jonowe]], a ich komórka elementarna nie posiada środka symetrii. Spośród 32 [[klasa krystalograficzna|klas symetrii]] we wszystkich [[układ krystalograficzny|układach krystalograficznych]] istnieje 20 spełniających ten warunek. Pod wpływem naprężenia w takich kryształach dochodzi różnego przesunięcia "środków ciężkości" ładunku dodatniego i ujemnego, co powoduje polaryzację elektryczną kryształu. Pojawiający się na krawędziach kryształu ładunek jest proporcjonalny do odkształcenia.
 
Zjawisko piezoelektryczne odwrotne polega na zmianie wymiarów materiału pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. Odkształcenie powstaje na skutek rozsunięcia jonów pod wpływem sił elektrostatycznych i jest proporcjonalne do przyłożonego pola. Należy je odróżnić od elektrostrykcji, która posiada inną przyczynę, jest zjawiskiem znacznie słabszym, powszechniejszym, nie posiada zjawiska odwrotnego, a odkształcenie jest proporcjonalne do kwadratu wartości przyłożonego pola<ref name = "Föll"/>.
 
[[Plik:Quartz crystal piezoelectric plate.svg|thumb|Kryształu kwarcu oraz wycięta z niego płytka piezoelektryczna.]]
 
Wśród najczęściej stosowanych piezoelektryków znajdują się:
 
===== Kwarc α =====
[[Plik:Quartz Brésil.jpg|thumb|Naturalne kryształy kwarcu.]]
 
=== Przetworniki elektroakustyczne ===
* sygnalizatory akustyczne – w postaci cienkiej warstwy piezoelektryka (czasami sprzężonej z membraną) - zapewniając duże natężenie dźwięku przy niewielkim poborze mocy, są stosowane w sprzęcie miniaturowym (brzęczyki), oraz w różnego rodzaju syrenach.
* [[wkładka gramofonowa|wkładki gramofonowe]] w [[gramofon]]ach z lat 1950-1990. Drgania igły gramofonowej przenoszone są na kryształy piezoelektryka powodując powstanie napięć i uzyskanie sygnału elektrycznego odpowiadającego sygnałowi dźwiękowemu. Na przełomie lat 40 i 50 wkładki piezoelektryczne zostały zastosowane w nowo wprowadzanych gramofonach odtwarzających płyty długogrające. Z biegiem czasu w urządzeniach wysokiej jakości zostały wyparte przez inne rozwiązania, a pozostały powszechne w sprzęcie popularnym. Wkładki takie były stosunkowo tanie, ale miały nierównomierne pasmo przenoszenia i wymagały większego nacisku na [[Płyta gramofonowa|płytę]], niż nowoczesne wkładki elektrodynamiczne, powodując jej szybsze zużycie. W gramofonach stosowano zarówno przetworniki krystaliczne, jak i ceramiczne (w tym również bimorfy)<ref>{{cytuj książkę |autor = Andrzej Fogg | tytuł = Adaptery | wydawca = PWT | miejsce = Warszawa | rok = 1957 | strony = 38-42}}</ref>.
* [[głośnik]]i – w tym wypadku stosowane są często dwie płytki piezoelektryczne połączone w jedną całość (tzw. bimorf)<ref name="RE"/>. Dzięki zastosowaniu piezoelektryków mogą być zupełnie płaskie, a dźwięk nadawany jest jedynie w tym kierunku, w który głośnik jest zwrócony. Dawniej używano płytek z soli Seignette'a do wytwarzania tanich głośników (szczególnie wysokotonowych), ale mała odporność płytek z tej soli na wpływy zmiennej wilgotności powietrza i temperaturę doprowadziła do znacznego ograniczenia ich produkcji.
 
=== Mikromaszyny ===
* wtryski paliwa w systemie [[common-rail]] w niektórych nowych pojazdach - zastosowanie piezoelektryków pozwala na precyzyjne otwieranie zaworów wtrysku, dzięki czemu można precyzyjnie wtryskiwać paliwo i uprościć układ wtrysku paliwa.
* napędzanie mikropomp, mikrozaworów itd.
* precyzyjne siłowniki pozycjonujące, na przykład sterowanie położeniem elektrod w [[mikroskop]]ach [[skaningowy mikroskop tunelowy|STM]] czy [[Mikroskop sił atomowych|AFM]] (ogólnie [[SPM]]).
* silniki piezoelektryczne z ultradźwiękowymi falami powierzchniowymi ([[silnik soniczny|silniki soniczne]]).
<gallery widths=200 heights=200 caption="Mikromaszyny piezoelektryczne">
Plik:Piezomotor type inchworm.gif | Silnik piezoelektryczny typu "inchworm" (nazwa pochodzi od rodzaju gąsienicy ([[miernikowcowate]])).
Plik:Piezomotor type bimorph.gif | Silnik z piezoelektrycznymi bimorfami.
Plik:SPA vs doigt.JPG | Mikrosiłownik piezoelektryczny.
=== Generatory wysokich napięć ===
[[Plik:Transformator piezoelektryczny.svg|thumb|200px|transformator piezoelektryczny.]]
* W transformatorze piezoelektrycznym kryształ pobudzany jest przez ładunek umieszczany na elektrodach o dużej pojemności, co wymaga niewielkiego napięcia zmiennego, a sygnał wyjściowy generowany jest na elektrodach o mniejszej pojemności, a co za tym idzie wytwarzane jest większe napięcie. Transformatory takie są często używane w generatorach wysokiego napięcia do [[świetlówka|lamp fluorescencyjnych]] z zimną katodą (CCFL)<ref>[http://focus.ti.com.cn/cn/lit/an/slyt107/slyt107.pdf] ''Understanding piezoelectric transformers in CCFL backlight applications''] [[Texas Instruments]]</ref>.
* [[Iskrownik]]i piezoelektryczne służą do wytwarzania [[iskra elektryczna|iskier elektrycznych]] przy udarowym obciążeniu piezoelektryka. Obejmują zakres od iskrowników mocy, w których wytwarza się napięcia rzędu setek kV i natężenia prądu rzędu wielu setek kA, a kończąc na małych urządzeniach używanych w życiu codziennym: w [[Zapalarka|zapalarkach do gazu]], [[zapalniczka]]ch itp<ref>R. Pamuch i in., ''Materiały ceramiczne...'', str. 158.</ref>.
 
 
=== Rezonatory i filtry w elektronice ===
* Rezonansowe drgania mechaniczne płytek wykonanych z piezoelektryka elementy są wykorzystywane w elektronice w celu stabilizacji częstotliwości [[Generator drgań|generatorów]]. Ze względu na bardzo dużą stałość częstotliwości drgań i dużą [[dobroć]] (małe straty energii) do budowy takich rezonatorów zwykle wykorzystuje się w tym celu płytki wycięte z kryształów kwarcu<ref name="R1">R. Pamuch i in., ''Materiały ceramiczne...'', str. 156-157.</ref>. Generatory wykorzystujące takie [[rezonator kwarcowy|rezonatory]] często nazywane są [[generator kwarcowy|generatorami kwarcowymi]]. Są one powszechnie wykorzystywane w zegarkach elektronicznych do ich taktowania.<ref>J. Rychen, Combined Low-Temperature Scanning Probe Microscopy and Magneto-Transport Experiments for the Local Investigation of Mesoscopic Systems, Swiss Federal Institute of Technology ETH, 2001, praca doktorska nr 14119</ref>.
Transport Experiments for the Local Investigation of Mesoscopic Systems, Swiss
Federal Institute of Technology ETH, 2001, praca doktorska nr 14119></ref>
* Elementy [[Filtr (elektronika)|filtrów elektrycznych]]. Do budowy precyzyjnych filtrów wykorzystuje się rezonatory kwarcowe. Popularne są filtry ceramiczne, znacznie od nich tańsze.
* [[Linia opóźniająca|Linie opóźniające]]. Wykorzystują propagującą w krysztale objętościową lub powierzchniową falę akustyczną. Pierwsza możliwość wykotzystywana jest do generowania stosunkowo dużych opóźnień, od około 10 μs do kilkudziesięciu ms<ref name="R1" />.
16 600

edycji