So funktioniert die Spannung-Die meisten modernen Geräte verwenden die Spannung als Komponente ihrer Platine (PCB). Ihre Stonehenge braucht Spannung, um die Zeit zu regulieren. Und das Mikrofon braucht es auch für die Spracherkennung, sogar für Siri, die Sie lieben. Aber wie funktioniert die Spannung? Alle Spannungsmaterialien weisen einzigartige Merkmale auf. Diese Funktionen ermöglichen eine nahtlose Integration in die meisten modernen Technologien. In diesem Artikel erhalten Sie einen vollständigen Leitfaden, wie die Spannung im Alltagsleben wirkt.
Wie die Spannung funktioniert.
Elektroschocks.
Der Begriff Spannung wurde von den beiden französischen Wissenschaftlern Jacques Curry und Pierre Curry erfunden. Nachdem festgestellt wurde, dass der Druck auf zwei Steine (oder gewisse Kristalle) eine elektrische Ladung erzeugen würde.
Ardhi: Piezo kommt aus dem griechischen Wort „ piece in“, was bedeutet: Stauchung oder Druck. Die Spannung ist also ein Staudruck. indem man zwei Kristalle zusammendrückt, um Strom zu erzeugen. Der Transistor ermöglicht die Umwandlung von mechanischer Energie (akustischer Energie) in elektrische Signale, die von elektronischen Geräten erkannt werden.
Diese Technologie entwickelt sich in rasantem Tempo. Viele Unternehmen nutzen dieses Phänomen als Grundlage für fortgeschrittene Technologien. Ein neuer Tonaufnahmesensor für Keramik ist z. B. eine Spannungserzeugung.
Was ist der Spannungseffekt?
Abbildung des Spannungseffekts.
Ein Spannungseffekt ist die Fähigkeit, zwei bestimmte Materialien zu einem Strom zu pressen. Das Aufbringen mechanischer Spannungen auf diese Materialien kann dazu beitragen, eine wechselnde positive Last auf das Material zu erzeugen, wodurch ein aktives Kraftfeld entsteht.
Diese einzigartige Eigenschaft der Spannung ist jedoch umkehrbar. Ein Material, das einen positiven Spannungseffekt darstellt, kann auch einen negativen Spannungseffekt haben.
Der Spannungsabfall ist in vielen Bereichen hilfreich, in denen Geräuschemission erzeugt, erkannt und verbreitet wird. Dazu gehören auch eine kleine Anzahl von Waage-und Brandenergie, elektrische Frequenz, hohe Druckproduktion usw.
Positiver Spannungseffekt
Spannungs-und Rückspannungsdiagramme.
Wie bereits erwähnt, führt das Verpressen des Transistors zu einer Spannungstransformation.
In der Abbildung erzeugen Spannungswerte, wenn Sie ein nicht leitendes Spannungsmaterial zwischen zwei Metallplatten platzieren und diese drücken oder komprimieren. Die Metallplatte dient als Transmitter für den Stromfluss.
Der resultierende Strom erzeugt Strom, den sogenannten Spannungseffekt.
Spannungsumkehr
Der Spannungsabfall tritt auf, wenn eine Gleichstromspannung angewendet wird, um das Spannungsmaterial zu dehnen oder zu stauchen. Das Ergebnis ist also ein Inversionsspannungseffekt – der Elektrizität in mechanische Energie umwandelt.
Verwenden Sie diese Methode, um Geräte wie Spannungslautsprecher und SpannungsMikrofone zu erstellen, die akustische Geräusche erzeugen. Diese Spannungsversorgung ist besonders nützlich, da sie dünn ist und in einer Vielzahl kleinerer Geräte eingebaut werden kann. Das gleiche Prinzip gilt auch für Geräte wie den akustischen Sensor und den Ultraschall.
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Spannungsmaterial
Verschiedene Materialien, sowohl natürliche als auch künstliche, weisen piezoelektrische Effekte auf. Wenn man Druck (mechanische Spannung) ausübt und sie unter Hochspannung verformt, erzeugen sie Strom.
In der Regel sind diese Materialien nicht leitend. Und nur so kann der piezoelektrische Effekt auftreten.
Die piezoelektrischen Materialien werden in zwei Hauptkategorien unterteilt:
Piezoelektrische Kristalle
Piezoelektrische Keramik
Beispiele für natürlich vorkommende piezoelektrische Materialien sind Berlinit, Quarz, Rochellesalz, Turmalin usw. Beispiele für künstliche piezoelektrische Materialien sind Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), Barium-Titanat, Rohrzucker und Lithium-Niobat.
Im Vergleich zu biologischen Materialien sind künstlich hergestellte Materialien effektiver und haben eine bessere Materialausnutzung. Blei-Zirkonat-Titanat erzeugt zum Beispiel bei gleichem Druck eine höhere Spannung als Quarz, und dies gilt auch, wenn man an beide Materialien eine hohe Spannung anlegt.
Piezoelektrische Materialien
So funktioniert die Spannung-Anwendungen
Piezoelektrischer Funkenerzeuger auf dem Brenner eines Gaskochers
Heutzutage sind piezoelektrische Wandler und Sensoranwendungen allgegenwärtig. Wahrscheinlich ist in jedem Gerät, das heute auf dem Markt ist, ein piezoelektrisches Material zu finden.
Nehmen Sie zum Beispiel diese U-Bahn in Tokio. Sie nutzt das Prinzip als alternative Energiequelle.
Hier sind einige typische Alltagsanwendungen des piezoelektrischen Prinzips.
Piezo-Sensor
Piezoelektrische Sensoren wandeln eine physikalische Größe in eine Kraft um, die auf zwei gegenüberliegende Flächen des Sensorelements wirkt. Vereinfacht ausgedrückt, erkennen die Sensoren die durch Schall verursachten Druckschwankungen.
Sie benötigen keine externe Spannungsquelle und arbeiten so, dass sie aus dem ausgeübten Druck Ergebnisse erzeugen.
Piezoelektrische Sensoren sind empfindlich und eignen sich daher hervorragend für Hochfrequenz-Schallgeräte wie Ultraschallwandler für die medizinische Bildgebung und die industrielle Maschinenüberwachung.
Piezoelektrische Sensoren haben die folgenden Hauptmerkmale;
Erstens: hohe Festigkeit und geringe Größe
Zweitens: hohe mechanische Festigkeit
Dann hohe Stabilität und elastische Nachgiebigkeit
Außerdem breiter Frequenzbereich
Auch, Schlagfestigkeit
Schließlich: hohe Ausgangsspannung
So funktioniert die Spannung-Hochspannung und Stromquellen
Zigarettenanzünder nach dem piezoelektrischen Prinzip
Dies ist die populärste praktische Anwendung des piezoelektrischen Prinzips, die es gibt. Die besten Beispiele sind Gasgrills und elektrische Zigarettenanzünder. Dazu muss man nur einen Knopf drücken, und ein federbelasteter Hammer schlägt auf einen piezoelektrischen Kristall. Dieser erzeugt dann einen ausreichenden Funken, der eine elektrische Ladung erzeugt, um das Gas zu entzünden.
Motoren
Der Hauptvorteil des piezoelektrischen Effekts liegt in der winzigen Änderung der Korrespondenz zu Hochspannungsanwendungen – was ihn perfekt für den Einsatz mit extremer Genauigkeit bei der Positionierung macht.
Aus diesem Grund haben piezoelektrische Motoren viele Vorteile gegenüber herkömmlichen elektromagnetischen Motoren. Außerdem bieten sie eine größere Kraft und ein größeres Drehmoment, obwohl sie im Allgemeinen kleiner und kompakter sind.
Außerdem beeinträchtigen elektromagnetische Felder die Leistung piezoelektrischer Geräte nicht, so dass sie sich besser für ein schnelles Starten und Stoppen eignen.
So funktioniert die Spannung-Piezoelektrische Aktuatoren
Abbildung eines piezoelektrischen Aktors.
Aktoren nutzen den inversen piezoelektrischen Effekt, um Geräte wie Blindenschrift- und Strickmaschinen anzutreiben. Im Inneren des Aktuatorsystems befindet sich ein piezoelektrisches Material zwischen einer Metallplatte und einer Aktuatorvorrichtung.
Das Anlegen einer Hochspannung an dieses System bewirkt, dass sich das piezoelektrische Material in bestimmten Abständen ausdehnt und zusammenzieht, wodurch sich der Aktor rhythmisch bewegt.
Diese Aktuatoren sind vor allem in Geräten von Vorteil, die eine präzise Positionierung erfordern, wie z. B. Spiegel in Satelliten. Aufgrund ihres einfachen Designs und der geringen Anzahl beweglicher Teile eignen sie sich auch hervorragend für miniaturisierte Geräte wie Videokameras und Mobiltelefone.
Vor- und Nachteile der Piezoelektrizität
Trotz all des Lobes hat die Piezoelektrizität auch einige Einschränkungen. Hier sind einige der wichtigsten Vor- und Nachteile der Piezoelektrizität.
| Vorteile | Nachteile |
| Die Fähigkeit, bei jeder Temperatur zu arbeiten | Ihre Schwingungsempfindlichkeit macht sie anfällig für zufällige Vibrationen. |
| Keine Beeinflussung durch das elektromagnetische Feld. | Manchmal passt die Steifigkeit des piezoelektrischen Materials nicht zum Material der Anwendung, z. B. zum Straßenbelag. |
| Sie haben einen geringen Kohlenstoff-Fußabdruck, was sie zur besten Alternative für fossile Brennstoffe macht. | |
| Hochgradig wiederverwendbare Materialien | |
| Ihre geringe Reaktion auf hohe Frequenzen macht sie zu den besten Energiegewinnern. |
So funktioniert die Spannung-Piezoelektrische Generatoren
Ein piezoelektrischer Generator (auch als PEG bekannt) nutzt Piezosensoren, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, ohne dass es zu einer physischen Drehung kommt, wie es bei herkömmlichen Generatoren der Fall ist. Daher haben piezoelektrische Generatoren kleine, kompakte und sehr handliche Größen.
In dieser Generation sind piezoelektrische Generatoren ein sehr willkommener Durchbruch in der Energieerzeugung. Sie sind zwar noch nicht ausgereift, haben aber das Zeug dazu, den Traum von selbstversorgten drahtlosen elektronischen Geräten Wirklichkeit werden zu lassen.
Es mag noch ein langer Weg sein, bis wir diesen Traum verwirklichen können, aber piezoelektrische Generatoren haben sich als zuverlässige, stabile und äußerst langlebige Stromquellen erwiesen. Experten glauben, dass es nicht mehr lange dauern wird, bis piezoelektrische Generatoren einen großen Teil unseres Strombedarfs ersetzen können.
Piezoelektrische Generatoren – Vorteile und Beschränkungen
Vorteile
Erstens: Vielseitig in der Größe. Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften gibt es Piezoelemente in sehr flexiblen Größen und Designs. Sie können so flach sein, wie man sie braucht, um in jedes Miniaturgerät zu passen.
Zweitens ernten Piezoelemente Energie, die sonst ungenutzt bleiben würde. Ein Piezomotor, der an einem Steg angebracht ist, sammelt beispielsweise die Vibrationen der Fußgänger und wandelt sie in elektrische Energie um. Dies ist eine alternative Energiequelle und eine Möglichkeit, die Lärmbelästigung in der Umgebung zu verringern.
So funktioniert die Spannung-Beschränkungen
Sie haben eine begrenzte Ausgangsleistung. Ein piezoelektrischer Generator benötigt konstante Schwingungen, um eine konstante Leistung zu erzeugen. Daher ist die erzeugte Leistung direkt proportional zur angelegten Spannung. Sie können die Leistung erhöhen, indem Sie mehrere piezoelektrische Elemente übereinander stapeln. Ab einem bestimmten Punkt nimmt die Leistung jedoch ab, da mehr Druck benötigt wird, um das System zu betreiben.
Fazit
Wie funktioniert also Piezoelektrik? Zusammenfassend lässt sich sagen, dass piezoelektrische Materialien mechanische Energie bequem in elektrische Energie umwandeln können. Die einzigartigen Eigenschaften dieser Materialien machen sie in vielen technischen Bereichen äußerst nützlich. Insbesondere in Bereichen, die eine präzise Positionierung erfordern.
Die Anwendungsmöglichkeiten der piezoelektrischen Technologie sind grenzenlos, und es gibt viele Möglichkeiten zu erforschen. Technikhersteller wie WellPCB stehen an vorderster Front bei der Integration dieser Technologie in den täglichen Gebrauch.
