Return to Video

Hogyan csiholjunk elektromosságot kristályokból? – Ashwini Bharathula

  • 0:08 - 0:10
    Ez itt cukorkristály.
  • 0:10 - 0:14
    Ha összenyomjuk,
    villamos feszültség keletkezik.
  • 0:14 - 0:18
    Miért viselkedik e közönséges kristály
    parányi energiaforrásként?
  • 0:18 - 0:20
    Azért, mert a cukor piezoelektromos anyag.
  • 0:20 - 0:23
    A piezoelektromos anyagok
    a mechanikai feszültség változását,
  • 0:23 - 0:24
    pl. a nyomást,
  • 0:24 - 0:25
    hanghullámokat
  • 0:25 - 0:26
    és egyéb rezgéseket
  • 0:26 - 0:29
    villamos feszültséggé alakítják;
    de fordítva is igaz.
  • 0:29 - 0:31
    E különös jelenséget elsőként
  • 0:31 - 0:35
    Pierre Curie és testvére, Jacques Curie
    fizikusok fedezték fel 1880-ban.
  • 0:35 - 0:38
    Megfigyelték, hogy egyes vékony
    kristályok összenyomásakor
  • 0:39 - 0:42
    a kristály szemben álló lapjain pozitív
    és negatív töltések halmozódnak fel.
  • 0:43 - 0:45
    E töltésszétválás, más néven feszültség
  • 0:46 - 0:49
    az összenyomott kristályban
    áramot hoz létre;
  • 0:49 - 0:50
    mint az akkumulátorban.
  • 0:50 - 0:52
    A jelenség fordítva is végbemegy.
  • 0:52 - 0:56
    Ha villamos áram folyik át a kristályon,
    alakja megváltozik.
  • 0:57 - 0:58
    Mindkét eredmény:
  • 0:58 - 1:01
    mechanikai energia
    villamos energiává alakítása
  • 1:01 - 1:03
    és villamos energia
    mechanikai energiává alakítása
  • 1:03 - 1:05
    figyelemre méltó volt.
  • 1:05 - 1:08
    De a fölfedezést több évtizedig
    nem hasznosították.
  • 1:08 - 1:11
    A gyakorlatban elsőként
    szonárokban alkalmazták
  • 1:11 - 1:14
    az első világháborúban
    német tengeralattjárók földerítésére.
  • 1:15 - 1:18
    A piezoelektromos kvarckristályok
    a szonár adóegységében
  • 1:18 - 1:21
    váltakozó áram hatására rezegnek,
  • 1:21 - 1:24
    és ultrahangot továbbítanak a vízben.
  • 1:24 - 1:27
    Ha megmérjük a hullám visszaverődési
    idejét bizonyos tárgyról,
  • 1:27 - 1:29
    kiderül, milyen távol van.
  • 1:30 - 1:32
    Nézzünk példát a fordított jelenségre,
  • 1:32 - 1:34
    mechanikai energia
    villamos energiává alakítására:
  • 1:34 - 1:36
    villanykapcsolás tapssal.
  • 1:37 - 1:40
    A tapsolás a levegőben
    hanghullámokat kelt,
  • 1:40 - 1:43
    ami a piezoelemet rezgésbe hozza.
  • 1:43 - 1:47
    A létrejött feszültség hatására
    keletkező áram bekapcsolja a LED-fényt,
  • 1:47 - 1:50
    noha hagyományos
    áramforrások miatt marad égve.
  • 1:50 - 1:53
    Milyen anyagok piezoelektromosak?
  • 1:53 - 1:56
    A válasz két tényezőtől függ:
  • 1:56 - 1:58
    az anyag atomszerkezetétől
  • 1:58 - 2:00
    és a töltések anyagban való eloszlásától.
  • 2:01 - 2:03
    Sok anyag kristályos szerkezetű,
  • 2:03 - 2:05
    azaz térben valamely
    szabály szerint elrendeződő
  • 2:05 - 2:07
    atomokból és ionokból állnak.
  • 2:08 - 2:10
    A térrácsot háromdimenziós
    elemi cellák hozzák létre,
  • 2:10 - 2:13
    amelyek minta szerint ismétlődnek.
  • 2:13 - 2:16
    A legtöbb nem piezoelektromos
    kristályos anyagban
  • 2:16 - 2:19
    az atomok szimmetrikusan
    helyezkednek el az elemi cellákban
  • 2:19 - 2:20
    a középpont körül.
  • 2:20 - 2:24
    De egyes kristályos anyagoknak
    nincs szimmetria-középpontjuk,
  • 2:24 - 2:27
    ami piezoelektromos
    tulajdonságúvá teszi őket.
  • 2:27 - 2:28
    Nézzük a kvarcot,
  • 2:28 - 2:32
    a szilíciumból és oxigénből álló
    piezoelektromos anyagot.
  • 2:32 - 2:37
    Az oxigén gyenge negatív,
    a szilícium gyenge pozitív töltésű,
  • 2:37 - 2:38
    amely töltésszétválasztást,
  • 2:38 - 2:41
    más néven dipólust hoz létre
    minden kötés mentén.
  • 2:41 - 2:44
    A dipólusok általában kioltják egymást,
  • 2:44 - 2:46
    ezért nincs töltésszétválasztás
    az elemi cellában.
  • 2:47 - 2:50
    De ha bizonyos irányban
    összenyomjuk a kvarckristályt,
  • 2:50 - 2:51
    az atomok elmozdulnak.
  • 2:51 - 2:54
    A töltéseloszlás aszimmetriája miatt
  • 2:54 - 2:57
    a dipólusok már nem képesek
    egymást kioltani.
  • 2:57 - 3:00
    A deformálódott cella egyik végén
    negatív töltések gyűlnek össze,
  • 3:01 - 3:03
    a másikon pedig pozitívak.
  • 3:03 - 3:06
    E töltésegyenlőtlenség
    az egész anyagban ismétlődik,
  • 3:06 - 3:10
    és az ellentétes töltések a kristály
    szemben álló lapjain halmozódnak fel.
  • 3:10 - 3:13
    Ez feszültséget generál,
    amely hatására áram folyik.
  • 3:14 - 3:17
    A piezoelektromos anyagok
    különféle szerkezetűek lehetnek.
  • 3:17 - 3:22
    De közös vonásuk, hogy egyiknek
    sincs szimmetria-középpontja.
  • 3:22 - 3:24
    Minél jobban összenyomjuk
    a piezoelektromos anyagokat,
  • 3:24 - 3:27
    annál nagyobb feszültség
    keletkezik bennük.
  • 3:27 - 3:30
    Ha a kristályt megnyújtjuk,
  • 3:30 - 3:32
    a feszültség előjelet,
    s az áram irányt vált.
  • 3:32 - 3:35
    Több anyag piezoelektromos,
    semmint gondoljuk.
  • 3:36 - 3:37
    A DNS,
  • 3:37 - 3:37
    a csont
  • 3:37 - 3:38
    és a selyem
  • 3:38 - 3:42
    képes mechanikai energiát
    villamos energiává alakítani.
  • 3:42 - 3:46
    Számos szintetikus piezoelektromos
    anyagot hoztak létre kutatók,
  • 3:46 - 3:48
    és mindenféle alkalmazást
    fejlesztettek ki:
  • 3:48 - 3:51
    orvosi képalkotástól
    tintasugaras nyomtatókig.
  • 3:51 - 3:56
    Piezoelektromossággal érhető el,
    hogy a kvarckristály ritmikusan rezegjen,
  • 3:56 - 3:58
    és így az óra pontosan járjon,
  • 3:58 - 4:00
    a zenés üdvözlőlapok megszólaljanak,
  • 4:00 - 4:02
    és kerti sütögetéskor
  • 4:02 - 4:05
    a gázt egy kattintással begyújthassuk.
  • 4:05 - 4:08
    A piezoelektromos eszközök
    még népszerűbbek lehetnek,
  • 4:08 - 4:12
    mert villamos energiára nagy az igény,
    mechanikai pedig bőségesen van.
  • 4:13 - 4:16
    Már léteznek pályaudvarok,
    ahol utasok lépései vezérlik
  • 4:16 - 4:18
    a beengedő kapukat és a kivetítőket,
  • 4:18 - 4:22
    táncos klubok, ahol a fényeket
    piezoelektromosság vezérli.
  • 4:22 - 4:25
    Vezérelhetnek-e futkosásukkal
    kosarasok eredményjelző táblát?
  • 4:25 - 4:29
    Vagy tán utcán járás közben elektronikus
    eszközünket feltölthetjük-e?
  • 4:29 - 4:31
    Mit hoz még a piezoelektromosság?
Title:
Hogyan csiholjunk elektromosságot kristályokból? – Ashwini Bharathula
Description:

A teljes leckét lásd: http://ed.ted.com/lessons/how-to-squeeze-electricity-out-of-crystals-ashwini-bharathula

Sci-finek hangzik, ám összenyomásakor a cukorkristály villamos feszültséget állít elő. E közönséges kristály parányi energiaforrásként működik, csak azért, mert a cukorkristály történetesen piezoelektromos tulajdonságú. Ashwini Bharathula elmagyarázza, hogyan alakítják át a piezoelektromos anyagok a mechanikai erőt, pl. a nyomást, hanghullámokat és más rezgéseket villamos feszültséggé és fordítva.

Lecke: Ashwini Bharathula, animáció: Karrot Animation.
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:56

Hungarian subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.