Piezoelectricitate și ultrasunete

Proprietatea undelor ultrasonice reflectate de obstacole și să vină înapoi ca un ecou este folosit pentru a determina distanțele la obiectele aflate la distanță.

Cunoscut la începutul secolului XX, sursele mecanice ale undelor ultrasunete - furci și fluctuante tije de oțel, este mult mai puternic, dar ei nu au putut să le trimită un fascicul direcțional îngust, la fel ca fasciculul de lumină. ultrasunete emise de acestea în direcții diferite. Din acest motiv, a fost imposibil să se determine direcția în care a fost cercetat obiectul.

Dar am aflat savantul francez Pol Lanzheven. În 1916, în timpul primului război mondial, el a fost în căutarea unui mod de a detecta submarine cu ajutorul ultrasunetelor. Și, ca sursă de valuri de ultrasunete, el a folosit un fenomen piezoelectric, care nu a găsit anterior utilizării.

Descoperirea piezoelectricitate

Dati click pe imagine

Efectul piezoelectric a fost descoperit în 1880 de către oamenii de știință francezi frații Pierre Curie și Pavel în timpul investigării proprietăților cristalelor. Squeezing cristal de cuarț din două părți, ei au constatat apariția sarcinilor electrice pe fețele perpendiculare pe direcția de compresie. Taxele pe aceeași față au fost pozitive, iar pe de altă parte - negativ. Același model au observat și tensiune cristalelor. La marginea, în cazul în care compresiune a apărut sarcini pozitive, întindere a apărut și vice-versa negativ.

Sa constatat că, în afară de cuart cristale au proprietati similare de turmalina, sare Rochelle, sulfat de litiu, și alte cristale cărora le lipsește un centru de simetrie. Acest fenomen a fost numit piezoelectricitate, de la cuvântul grecesc „piezo“ - încearcă să te presiune, iar cristalele cu aceste proprietăți - piezoelectrice.

In studii suplimentare, frații Curie au descoperit că există un efect piezoelectric invers. Dacă creați sarcini electrice de polaritate diferită pe fețele cristalului, se micsoreaza sau întindere.

Aici este deschiderea și folosite în cercetarea lor Pol Lanzheven.

Piezoelectrice Langevin traductor

În cazul în care o placă de cuarț supus la șocuri mecanice, este electrificată. Pe de altă parte, dacă schimbați cu o anumită frecvență de câmp electric în care se află, acesta va începe să oscileze cu aceeași frecvență.

Și ce se va întâmpla dacă vom folosi energie electrică de la o sursă de curent alternativ pentru încărcarea frecvența mare a cristalului? Făcând această experiență, Langevin-vă că frecvența de oscilație a cristalului este aceeași ca și frecvența variațiilor de tensiune. Dacă este sub 20.000 Hz, un cristal devine o sursă de sunet, și dacă este mai mare, acesta va emite o undă ultrasonică.

Dar puterea ultrasunetelor emise de o placă de cristal este foarte mică. Prin urmare, de omul de știință plăcile de cuarț creat strat mozaic și se pune între două plăci de oțel care funcționează executate electrozi. Fenomenul de rezonanță utilizat pentru a crește amplitudinea de oscilație. Dacă frecvența tensiunii de curent alternativ aplicată cristalului piezoelectric, coincide cu frecvența naturală, amplitudinea acesteia crește dramatic de oscilație.

Acest construct a fost numit "Langevin sandwich." Și a fost foarte mare succes. Puterea de radiații a fost suficient de mare, și fasciculul de unde s-au dovedit îndreptate în sens restrâns.

Mai târziu, ca element piezoelectric, în loc de plăci de cuarț a început să folosească ceramica de titanat de bariu, efectul piezoelectric este de multe ori mai mare decât cea a cuarț.

Placa piezoelectric poate fi un receptor de sunet. În cazul în care unda sonoră o va întâlni pe drum, discul va începe să oscileze cu frecvența sursei de sunet. Pe marginile sale vor apărea sarcini electrice. Vibrațiile acustice a energiei convertite la oscilații de energie electrică sunt detectate receptor.