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Piezoelectricidade foi descoberta por dois irmãos de cientistas franceses, Jacques e Pierre Curie, em 1880., Eles descobriram sobre piezoeletricidade depois de perceberem que a pressão aplicada ao quartzo ou mesmo alguns cristais criam uma carga elétrica nesse material.1 Eles mais tarde se referiram a esse estranho e científico fenômeno como o efeito piezoelétrico.os irmãos Curie logo descobriram o efeito piezoelétrico inverso. Foi depois que eles verificaram que quando um campo elétrico foi aplicado sobre os fios de cristal, isso levou à malformação ou desordem para o chumbo de cristal—agora chamado de efeito piezoelétrico inverso.,
O termo piezoelectricidade vem da palavra grega piezo significando apertar ou pressionar. Curiosamente, eléctrico em grego significa âmbar. A Amber também era uma fonte de carga eléctrica.2
muitos dispositivos eletrônicos hoje usam piezoeletricidade. Por exemplo, quando você usa algum tipo de software de reconhecimento de voz, ou mesmo Siri em seu smartphone, o microfone no qual você está falando provavelmente está usando piezoeletricidade. Esse cristal piezoeléctrico transforma a energia do som na tua voz, e transforma-a em sinais eléctricos para o teu computador ou o teu telemóvel interpretarem.,3 que tudo se torna possível com piezoeletricidade.a criação de várias tecnologias mais avançadas pode ser atribuída à descoberta da piezoeletricidade. Por exemplo, o poderoso sonar “sonobuoy” pequenos microfones sensíveis, e o transdutor de áudio de cerâmica, foram possíveis por piezoeletricidade. Hoje estamos vendo o desenvolvimento de materiais e dispositivos piezoelétricos cada vez mais.a compressão de um material piezoelétrico produz eletricidade (piezoeletricidade). A figura 1 explica o conceito.
1., O efeito piezoelétrico ocorre através da compressão de um material piezoelétrico.o material Piezocerâmico—cerâmica piezoeléctrica não condutora ou cristal-é colocado entre as duas placas de metal. Para que a piezoeletricidade seja gerada, ela precisa que o material seja comprimido ou espremido. A tensão mecânica aplicada ao material cerâmico piezoelétrico gera eletricidade.tal como demonstrado na Fig. 1, há um potencial de voltagem através do material. As duas placas de metal sanduíche do cristal piezoeléctrico. As placas de metal recolhem as cargas, que criam / produzem tensão (símbolo do raio), ou seja:, piezoelectricidade. Desta forma, o efeito piezoelétrico age como uma bateria em miniatura, porque produz eletricidade. Este é o efeito piezoelétrico direto. Os dispositivos que usam o efeito piezoelétrico direto incluem microfones, sensores de pressão, hidrofones e muitos outros tipos de sensores de dispositivos.
efeito piezoelétrico inverso
O efeito piezoelétrico pode ser revertido, o que é referido como o efeito piezoelétrico inverso. Isto é criado pela aplicação de tensão elétrica para fazer um encolher cristal piezoelétrico ou expandir (Fig. 2)., O efeito piezoelétrico inverso converte a energia elétrica em energia mecânica.
2. Reversão do efeito piezoelétrico, chamado efeito piezoelétrico inverso, é quando a tensão é aplicada para encolher ou expandir um cristal piezoelétrico.
usando o efeito piezoelétrico inverso pode ajudar a desenvolver dispositivos que geram e produzem ondas sonoras acústicas. Exemplos de dispositivos acústicos piezoelétricos São alto-falantes (comumente encontrados em dispositivos portáteis) ou buzzers., A vantagem de ter tais falantes é que eles são muito finos, o que os torna úteis em uma variedade de telefones. Até os ultra-sons médicos e os transdutores sonares usam efeito piezoeléctrico reverso. Os dispositivos piezoelétricos inversos não acústicos incluem motores e atuadores.materiais piezoelétricos são materiais que podem produzir eletricidade devido a tensão mecânica, como a compressão. Estes materiais também podem deformar-se quando a tensão (eletricidade) é aplicada.
Todos os materiais piezoelétricos são não-condutores para que o efeito piezoelétrico ocorra e funcione., Eles podem ser separados em dois grupos: cristais e cerâmica.4
alguns exemplos de materiais piezoelétricos são PZT (também conhecido como titanato de zirconato de chumbo), titanato de bário e niobato de lítio. Estes materiais feitos pelo homem têm um efeito mais pronunciado (melhor material para usar) do que quartzo e outros materiais piezoelétricos naturais.
Compare PZT com quartzo. PZT pode produzir mais tensão para a mesma quantidade de tensão mecânica aplicada. Inversamente, a aplicação de tensão a PZT em vez de quartzo fornece mais movimento., O quartzo, um bem conhecido material piezoelétrico, é também o primeiro material piezoelétrico conhecido.
PZT é criado e produzido (a altas temperaturas) com dois elementos químicos—chumbo e zircónio—e combinado com um composto químico chamado titanato. A fórmula química de PZT é (PbO3). É comumente usado para produzir transdutores ultrassons, condensadores cerâmicos, e outros sensores e atuadores. Ele também revela uma gama especial de diferentes propriedades. Em 1952, PZT foi fabricado pelo Instituto de tecnologia de Tóquio.,O titanato de bário é um material cerâmico ferro-eléctrico com propriedades piezoeléctricas.6 por essa razão, o titanato de bário tem sido usado como material piezoelétrico por mais tempo do que a maioria dos outros. Sua fórmula química é BaTiO3. O titanato de bário foi descoberto em 1941 durante a Segunda Guerra Mundial. Sua fórmula química é LiNbO3. 8 também um material cerâmico ferroelétrico é exatamente como o titanato de bário em que tem propriedades piezoelétricas, também.,Sonar, que chegou no século XIX, foi inventado por Lewis Nixon. Ele inicialmente desenvolveu sonar para ajudar a detectar icebergs. Interesse em sonar rose durante a Primeira Guerra Mundial, no entanto, para ajudar a localizar submarinos submersos. É claro que o sonar tem muitos propósitos e usa Hoje, desde a localização dos peixes à navegação subaquática e assim por diante.
3. Com sonar piezoelétrico, um transmissor usando o efeito piezoelétrico inverso envia uma onda sonora para procurar objetos à frente.,
Na Figura 3, o sonar está a enviar, através do transmissor, uma onda sonora (sinal) para procurar objectos à frente. O transmissor usa efeito piezoelétrico inverso, que é quando o transmissor vai usar voltagem para ajudá-lo a enviar uma onda sonora. Uma vez que a onda de som atinge um objeto, ele vai saltar para trás. A onda de som que volta será detectada pelo receptor.
O receptor, ao contrário do transmissor, usa o efeito piezoelétrico direto. O receptor piezoelétrico é comprimido pela onda sonora que retorna., Ele envia o sinal (voltagem) para a eletrônica de processamento de sinal, que vai pegar aquela onda sonora balançada para trás e começar a processá-lo. Ele irá determinar a distância do objeto calculando os sinais de tempo do transmissor e do receptor.a Figura 4 mostra a operação de um actuador piezoeléctrico. A base fica quieta e age como a placa de metal que sanduíches o material piezoelétrico médio. Em seguida, a tensão é aplicada ao material, que se expande e contrai do campo elétrico da tensão aplicada., O cristal piezoeléctrico move-se muito pouco, seja para a frente ou para trás. Assim que o material piezoeléctrico ou o cristal se movem, ele empurra lentamente e puxa o actuador.
4. Em um atuador piezoelétrico, a tensão é aplicada ao material piezoelétrico, causando expansão e contração.
O atuador piezoelétrico tem muitos usos e aplicações. Por exemplo, máquinas de tricô e máquinas braille usam estes atuadores, uma vez que eles têm uma quantidade tão pequena de peças móveis e um design muito simples., Eles podem até ser encontrados em câmeras de vídeo e telefones celulares, porque eles são provados mais proficientes como um mecanismo de auto-focagem.10 Altifalantes piezoelétricos e Buzzers piezoelétricos e buzzers usam o efeito piezoelétrico inverso para gerar e produzir som. Quando a tensão é aplicada a Alto-falantes e buzinas, cria ondas sonoras (Fig. 2, again). Um sinal de tensão de áudio aplicado à cerâmica piezoelétrica de alto-falantes ou buzinas fará com que o material vibre o ar. Essa vibração produz ondas sonoras, que saem do altifalante.,
altifalantes piezoelétricos são comumente usados em Despertadores ou outros pequenos dispositivos mecânicos para gerar sons de áudio simples e de alta qualidade. Isso é porque eles estão limitados a uma pequena quantidade de resposta de frequência.11 condutores piezoeléctricos podem converter a baixa tensão da bateria em dispositivos piezoeléctricos de alta tensão. Os condutores piezoeléctricos são muito importantes, porque ajudam os engenheiros a produzir mais voltagem para criar ondas senoidais maiores.
5., Um driver piezo converte baixa tensão da bateria para alta tensão, que é usado para alimentar um amplificador que aciona o dispositivo. Um oscilador introduz pequenas ondas sine que o amplificador transforma em ondas sine maiores.
A Figura 5 é um diagrama de blocos que ilustra o funcionamento do piezoeléctrico. Os condutores piezoeléctricos terão baixa voltagem da bateria e utilizarão um reforço para a converter para uma voltagem mais elevada. A alta tensão é então usada para alimentar o amplificador. O oscilador irá introduzir pequenas ondas sine, que o amplificador vai se transformar em ondas sine de maior voltagem. O amplificador conduz o dispositivo piezoeléctrico.,
The table below lists of several different companies that sell and produce various kinds of piezo drivers.
1. http://www.piezo.com/tech4history.html
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity
3. http://www.explainthatstuff.com/piezoelectricity.html
4. http://www.piezomaterials.com/
5. https://www.americanpiezo.com/piezo-theory/pzt.html
6. https://en.wikipedia.org/wiki/Barium_titanate
7. http://ceramics.org/wp-content/uploads/2009/03/elec_division_member_papers1.pdf
8. https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_niobate
9. http://www.inradoptics.com/products/non-linear-crystals/lithium-niobate-linbo3
10. https://www.americanpiezo.com/piezo-theory/actuators.html
11., http://www.edisontechcenter.org/speakers.html#sound