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Piezoelektrizität

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Piezoelektrizität

Wir kennen eine Vielzahl von Möglichkeiten, mit denen wir Strom herstellen können. Wir können Strom aus Wasserkraftwerken, Kernkraftwerken, Sonnenkollektoren etc. herstellen.

Ich mache ein Projekt, um Elektrizität durch Anwendung von Druck zu erzeugen.

Schritt 1: Was ist Piezoelektrizität?

Piezoelektrizität ist die elektrische Ladung, die sich in bestimmten festen Materialien (wie Kristallen, bestimmten Keramiken und biologischen Stoffen wie Knochen, DNA und verschiedenen Proteinen) in Reaktion auf angelegte mechanische Belastung ansammelt. Das Wort Piezoelektrizität bedeutet Elektrizität, die aus Druck resultiert. Es stammt aus dem griechischen Wort piezo oder piezein, was bedeutet, zu quetschen oder drücken, und elektrische oder Elektron, die für Bernstein steht, eine alte Quelle der elektrischen Ladung bedeutet.

Unter dem piezoelektrischen Effekt wird die lineare elektromechanische Wechselwirkung zwischen dem mechanischen und dem elektrischen Zustand in kristallinen Materialien ohne Umkehrsymmetrie verstanden. Der piezoelektrische Effekt ist ein reversibler Prozess, indem Materialien, die den direkten piezoelektrischen Effekt zeigen (die interne Erzeugung von elektrischer Ladung, die sich aus einer angelegten mechanischen Kraft ergeben) auch den umgekehrten piezoelektrischen Effekt (die innere Erzeugung einer mechanischen Belastung, die sich aus einem angelegten elektrischen Feld ergibt) .

Die Natur des piezoelektrischen Effekts hängt eng mit dem Auftreten elektrischer Dipolmomente in Festkörpern zusammen. Letztere können entweder für Ionen an Kristallgitterstellen mit asymmetrischer Ladungsumgebung induziert oder direkt von molekularen Gruppen getragen werden. Die Dipoldichte oder -polarisation (Dimensionalität [Cm / m3]) kann für Kristalle leicht berechnet werden, indem die Dipolmomente pro Volumen der kristallographischen Elementarzelle aufsummiert werden. Da jeder Dipol ein Vektor ist, ist die Dipoldichte P ein Vektorfeld. Dipolen nahe zueinander neigen dazu, in Regionen ausgerichtet zu sein, die Weiss-Domänen genannt werden. Die Domänen sind gewöhnlich zufällig orientiert, können jedoch unter Verwendung des Poliervorgangs (nicht das gleiche wie eine magnetische Polung) ausgerichtet werden, wobei ein Verfahren, bei dem ein starkes elektrisches Feld über das Material angelegt wird, üblicherweise bei erhöhten Temperaturen. Nicht alle piezoelektrischen Materialien können gepolt werden.
Von entscheidender Bedeutung für den piezoelektrischen Effekt ist die Änderung der Polarisation P bei Anwendung einer mechanischen Spannung. Dies könnte entweder durch eine Neukonfiguration der Dipol-induzierenden Umgebung oder durch Neuorientierung molekularer Dipolmomente unter dem Einfluss der äußeren Belastung verursacht werden. Die Piezoelektrizität kann sich dann in einer Veränderung der Polarisationsstärke, ihrer Richtung oder beidem manifestieren, wobei die Details davon abhängig sind

1. Die Orientierung von P innerhalb des Kristalls,

2. Kristallsymmetrie und

3. Die angewandte mechanische Belastung. Die Änderung von P erscheint als Variation der Oberflächenladungsdichte auf den Kristallflächen, dh als eine Variation des elektrischen Feldes, das sich zwischen den Flächen erstreckt, die durch eine Änderung der Dipoldichte in der Masse verursacht wird. Beispielsweise kann ein 1 cm³ Würfel aus Quarz mit 2 kN (500 lbf) korrekt aufgebrachter Kraft eine Spannung von 12500 V erzeugen.

Schritt 2: Wie macht man einen piezoelektrischen Kristall?

Der häufig verwendete piezoelektrische Kristall ist Rochelle-Salz oder Kalium-Natriumtartrat.

Wir können es unsere eigenen.

Benötigte Materialien:

1. Backpulver oder Natriumbicarbonat - 500 g

2. Creme von Zahnstein oder Kalium bitartrate-200 g

3. Destilliertes Wasser - 250 ml

4. Filterpapier

Verfahren:

1. Das Backpulver wird in der Backform aufgenommen und gleichmäßig verteilt.

2. Die Backform im Backofen für 4 Stunden mit 1. Stunde bei 150K (65C), 2. Stunde bei 250K (120C), 3. Stunde bei 350K (175C) und 4. Stunde bei 450K (230C).

3. Zwischen diesen 4 Stunden konnten wir einen weiteren Teil des Projekts machen.

4. 250 ml destilliertes Wasser werden in einem kochenden Becher genommen.

5. Die Zahnsteincreme wird ins Wasser gegeben und gründlich aufgelöst.

6. Nehmen Sie eine Sauce Pfanne mit etwas Wasser. Die kochende Tasse mit einer Sahne von Zahnsteinlösung wird in sie gelegt, so dass wir die Mischung indirekt erhitzen können.

7. Nun wird die Sauce mit kochendem Becher auf die Flamme gelegt. Nach einiger Zeit, wenn das Wasser in der Pfanne zu kochen beginnt, fügen Sie das erhitzte Backpulver nach und nach in die kochende Tasse, bis wir eine klare goldene Farbe Lösung erhalten. Es dauert etwa 50 Minuten.

8. Nun wird der Siedebecher herausgenommen und die Lösung mit dem Filterpapier filtriert.

Diese gefilterte Lösung ist Kaliumnatriumtartrat, und man lßt sie abkühlen und wird für zwei Wochen ungestört gehalten.

10. Nach zwei Wochen wir eine kristalline Struktur und es heißt piezoelektrischen Kristall.

Schritt 3: Wie Strom mit piezoelektrischen Kristall zu erzeugen?

  1. Der Kristall wird genommen und auf beiden Seiten Aluminiumfolie Papier platziert und ist mit Drähten verbunden
  2. Diese Drähte sind mit einem Voltmeter verbunden und wir könnten Spannungsschwankungen sehen, wenn wir den piezoelektrischen Kristall treffen.
  3. Wir könnten bis zu 3 Volt.

Schritt 4: Wie die Spannung zu erhöhen?

1. Wir können eine Joule Dieb-Schaltung verwenden, um die Spannung anzuheben

2. Um einen Joule Dieb Schaltung, können Sie es herausfinden, im Internet.

Schritt 5: Anwendungen

1. Wir können Bodenfliesen mit diesen Kristallen bilden, so dass Elektrizität produziert wird und für Glühlampen benutzt werden kann.

2. Wir können es in Straßen verwenden, um Strom für Straßenlaternen zu erzeugen.

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