Bagaimana Piezoelektrik Bekerja?

Kami memiliki bahan khusus yang cocok untuk aplikasi piezoelektrik, tetapi bagaimana tepatnya prosesnya bekerja?Dengan Efek Piezoelektrik.Ciri paling unik dari efek ini adalah ia bekerja dengan dua cara.Anda dapat menerapkan energi mekanik atau energi listrik ke bahan piezoelektrik yang sama dan mendapatkan hasil sebaliknya.

Menerapkan energi mekanik ke kristal disebut efek piezoelektrik langsung dan bekerja seperti ini:

1. Kristal piezoelektrik ditempatkan di antara dua pelat logam.Pada titik ini material berada dalam keseimbangan sempurna dan tidak menghantarkan arus listrik.

2. Tekanan mekanis kemudian diterapkan pada material oleh pelat logam, yang memaksa muatan listrik di dalam kristal menjadi tidak seimbang.Kelebihan muatan negatif dan positif muncul di sisi berlawanan dari permukaan kristal.

3. Pelat logam mengumpulkan muatan ini, yang dapat digunakan untuk menghasilkan tegangan dan mengirimkan arus listrik melalui rangkaian.

4. 

Itu saja, aplikasi sederhana dari tekanan mekanis, meremas kristal dan tiba-tiba Anda memiliki arus listrik.Anda juga dapat melakukan sebaliknya, menerapkan sinyal listrik ke material sebagai efek piezoelektrik terbalik.Cara kerjanya seperti ini:

1. Dalam situasi yang sama seperti contoh di atas, kami memiliki kristal piezoelektrik yang ditempatkan di antara dua pelat logam.Struktur kristal berada dalam keseimbangan sempurna.

2. Energi listrik kemudian diterapkan pada kristal, yang menyusut dan memperluas struktur kristal.

3. Saat struktur kristal mengembang dan berkontraksi, ia mengubah energi listrik yang diterima dan melepaskan energi mekanik dalam bentuk gelombang suara.

4. 

Efek piezoelektrik terbalik digunakan dalam berbagai aplikasi.Ambil speaker misalnya, yang menerapkan tegangan ke keramik piezoelektrik, menyebabkan bahan menggetarkan udara sebagai gelombang suara.

Penemuan Piezoelektrik

Piezoelektrik pertama kali ditemukan pada tahun 1880 oleh dua bersaudara dan ilmuwan Perancis, Jacques dan Pierre Curie.Saat bereksperimen dengan berbagai kristal, mereka menemukan bahwa menerapkan tekanan mekanis pada kristal tertentu seperti kuarsa melepaskan muatan listrik.Mereka menyebutnya efek piezoelektrik.
30 tahun berikutnya melihat Piezoelektrik disediakan sebagian besar untuk percobaan laboratorium dan penyempurnaan lebih lanjut.Tidak sampai Perang Dunia I ketika piezoelektrik digunakan untuk aplikasi praktis dalam sonar.Sonar bekerja dengan menghubungkan tegangan ke pemancar piezoelektrik.Ini adalah efek piezoelektrik terbalik yang sedang beraksi, yang mengubah energi listrik menjadi gelombang suara mekanis.

Gelombang suara berjalan melalui air sampai mengenai suatu benda.Mereka kemudian kembali ke penerima sumber.Penerima ini menggunakan efek piezoelektrik langsung untuk mengubah gelombang suara menjadi tegangan listrik, yang kemudian dapat diproses oleh alat pemroses sinyal.Menggunakan waktu antara saat sinyal pergi dan saat kembali, jarak objek dapat dengan mudah dihitung di bawah air.

Dengan keberhasilan sonar, piezoelektrik menarik perhatian militer.Perang Dunia II memajukan teknologi lebih jauh ketika para peneliti dari Amerika Serikat, Rusia, dan Jepang bekerja untuk membuat bahan piezoelektrik buatan manusia baru yang disebut feroelektrik.Penelitian ini menghasilkan dua bahan buatan manusia yang digunakan bersama kristal kuarsa alami, barium titanat, dan timbal zirkonat titanat.

Piezoelektrik Saat ini

Dalam dunia elektronik saat ini, piezoelektrik digunakan di mana-mana.Meminta petunjuk arah ke restoran baru kepada Google menggunakan piezoelektrik di mikrofon.Bahkan ada kereta bawah tanah di Tokyo yang menggunakan kekuatan langkah kaki manusia untuk menggerakkan struktur piezoelektrik di dalam tanah.Anda akan menemukan piezoelektrik digunakan dalam aplikasi elektronik ini:

Aktuator

Aktuator menggunakan piezoelektrik untuk menggerakkan perangkat seperti mesin rajut dan braille, kamera video, dan telepon pintar.Dalam sistem ini, pelat logam dan perangkat aktuator menyatukan bahan piezoelektrik.Tegangan kemudian diterapkan pada bahan piezoelektrik, yang mengembang dan menyusut.Gerakan ini menyebabkan aktuator bergerak juga.

Speaker & Buzzer

Speaker menggunakan piezoelektrik untuk menyalakan perangkat seperti jam alarm dan perangkat mekanis kecil lainnya yang membutuhkan kemampuan audio berkualitas tinggi.Sistem ini memanfaatkan efek piezoelektrik terbalik dengan mengubah sinyal tegangan audio menjadi energi mekanik sebagai gelombang suara.

Driver

Driver mengubah baterai tegangan rendah menjadi tegangan yang lebih tinggi yang kemudian dapat digunakan untuk menggerakkan perangkat piezo.Proses amplifikasi ini dimulai dengan osilator yang menghasilkan gelombang sinus yang lebih kecil.Gelombang sinus ini kemudian diperkuat dengan penguat piezo.

Sensor

Sensor digunakan dalam berbagai aplikasi seperti mikrofon, gitar yang diperkuat, dan peralatan pencitraan medis.Mikrofon piezoelektrik digunakan pada perangkat ini untuk mendeteksi variasi tekanan dalam gelombang suara, yang kemudian dapat diubah menjadi sinyal listrik untuk diproses.

Kekuatan

Salah satu aplikasi paling sederhana untuk piezoelektrik adalah pemantik rokok elektrik.Menekan tombol pemantik akan melepaskan palu bermuatan pegas menjadi kristal piezoelektrik.Ini menghasilkan arus listrik yang melintasi celah percikan untuk memanaskan dan menyalakan gas.Sistem tenaga piezoelektrik yang sama ini digunakan pada kompor gas dan rentang oven yang lebih besar.

Motor

Kristal piezoelektrik sangat cocok untuk aplikasi yang membutuhkan akurasi presisi, seperti pergerakan motor.Pada perangkat ini, bahan piezoelektrik menerima sinyal listrik, yang kemudian diubah menjadi energi mekanik untuk memaksa pelat keramik bergerak.

Piezoelektrik dan Masa Depan

Apa masa depan piezoelektrik?Kemungkinannya berlimpah.Salah satu ide populer yang dilontarkan para penemu adalah menggunakan piezoelektrik untuk memanen energi.Bayangkan memiliki perangkat piezoelektrik di ponsel cerdas Anda yang dapat diaktifkan dari gerakan sederhana tubuh Anda agar tetap terisi daya.

Berpikir sedikit lebih besar, Anda juga bisa menyematkan sistem piezoelektrik di bawah trotoar jalan raya yang bisa diaktifkan oleh roda mobil yang melaju.Energi ini kemudian dapat digunakan lampu lalu lintas dan perangkat terdekat lainnya.Berpasangan dengan jalan yang dipenuhi mobil listrik dan Anda akan menemukan diri Anda dalam situasi energi positif bersih.