Jak można wycisnąć elektryczność z kryształów - Ashwini Bharathula
-
0:08 - 0:11To jest kryształek cukru.
-
0:11 - 0:14Pod wpływem nacisku
wytworzy on własną elektryczność. -
0:14 - 0:18Jak taki prosty kryształ może być
małym źródłem energii? -
0:18 - 0:20To dlatego, że cukier
jest piezoelektryczny. -
0:20 - 0:23Materiały piezoelektryczne
zmieniają naprężenia mechaniczne, -
0:23 - 0:24takie jak nacisk,
-
0:24 - 0:25fale dźwiękowe,
-
0:25 - 0:26i inne wibracje
-
0:26 - 0:29na elektryczność i odwrotnie.
-
0:29 - 0:32To dziwne zjawisko
odkrył fizyk Piotr Curie -
0:32 - 0:35razem z bratem Jakubem w 1880 roku.
-
0:35 - 0:38Odkryli, że gdy ścisną
cienkie kawałki pewnych kryształów, -
0:38 - 0:43po przeciwnych stronach
pojawią się dodatnie i ujemne ładunki. -
0:43 - 0:45Ta różnica ładunków, czy napięcie,
-
0:45 - 0:49oznaczała, że ściśnięty kryształ
mógł przewodzić prąd w zamkniętym obiegu, -
0:49 - 0:50tak jak bateria.
-
0:50 - 0:53Działało to też w drugą stronę.
-
0:53 - 0:57Puszczenie przez te kryształy prądu
sprawiało, że zmieniały kształt. -
0:57 - 0:58Oba te efekty,
-
0:58 - 1:01zmiana energii mechanicznej w elektryczną
-
1:01 - 1:03i elektrycznej w mechaniczną,
-
1:03 - 1:05były czymś godnym uwagi,
-
1:05 - 1:08ale ich odkrycie pozostało niezauważone
przez kilka dziesięcioleci. -
1:08 - 1:11Zastosowano je po raz pierwszy
w sonarach do wykrywania -
1:11 - 1:15niemieckich łodzi podwodnych
podczas I Wojny Światowej. -
1:15 - 1:19Piezoelektryczne kryształy kwarcowe
w nadajnikach sonarnych wibrowały, -
1:19 - 1:21gdy poddawano je działaniu
napięcia zmiennego. -
1:21 - 1:24Tak wysyłano ultradźwięki poprzez wodę.
-
1:24 - 1:27Zmierzenie czasu, w którym fale wracały
po odbiciu się, ujawniało, -
1:27 - 1:30jak daleko znajdował się dany obiekt.
-
1:30 - 1:32Odwrotna transformacja,
-
1:32 - 1:34przemiana energii mechanicznej
w elektryczną, -
1:34 - 1:37zachodzi w sytuacji,
gdy klaskaniem zapalamy światło. -
1:37 - 1:40Klaskanie wzbudza w powietrzu
wibracje dźwiękowe -
1:40 - 1:43i powoduje, że element
piezoelektryczny zgina się i odgina. -
1:43 - 1:47To tworzy napięcie, które emituje prąd
wystarczający do zapalenia diód, -
1:47 - 1:50choć to konwencjonalne źródła
elektryczności powodują, że nie gasną. -
1:50 - 1:54Co czyni materiał piezoelektrycznym?
-
1:54 - 1:56To zależy od dwóch czynników:
-
1:56 - 1:58budowy atomowej materiału
-
1:58 - 2:01oraz tego, jak ładunek elektryczny
jest w nim rozłożony. -
2:01 - 2:03Wiele materiałów jest krystalicznych,
-
2:03 - 2:04czyli są zbudowane z atomów lub jonów
-
2:04 - 2:08ułożonych w uporządkowany
trójwymiarowy wzór. -
2:08 - 2:10Ten wzór utworzony jest
z komórek jednostkowych -
2:10 - 2:13i powtarza się w całym krysztale.
-
2:13 - 2:16W większości niepiezoelektrycznych
materiałów krystalicznych -
2:16 - 2:19atomy w komórkach jednostkowych
są rozłożone symetrycznie -
2:19 - 2:20wokół centralnego punktu.
-
2:20 - 2:24Ale niektóre materiały krystaliczne
nie posiadają centrum symetrii, -
2:24 - 2:27co sprawia, że potencjalnie
mogą być piezoelektryczne. -
2:27 - 2:29Spójrzmy na kwarc,
-
2:29 - 2:32piezoelektryczny materiał
zbudowany z krzemu i tlenu. -
2:32 - 2:37Tlen ma niewielki negatywny ładunek,
a krzem niewielki dodatni, -
2:37 - 2:38co powoduje rozdzielenie ładunku
-
2:38 - 2:41lub utworzenie dipola
wzdłuż każdego wiązania. -
2:41 - 2:44Zazwyczaj dipole wzajemnie się znoszą,
-
2:44 - 2:47tak że nie ma rozdzielenia ładunku
w komórce jednostkowej. -
2:47 - 2:50Ale jeśli kryształ kwarcu
jest ściśnięty w pewnym kierunku, -
2:50 - 2:51atomy przemieszczają się,
-
2:51 - 2:54bo w wyniku powstałej asymetrii
w rozmieszczeniu ładunku, -
2:54 - 2:57dipole już się nie znoszą.
-
2:57 - 3:00Zakończenia rozciągniętych komórek
mają z jednej strony ładunek netto ujemny, -
3:00 - 3:03a z drugiej netto dodatni.
-
3:03 - 3:06Ten brak równowagi ładunków
powtarza się w całym materiale -
3:06 - 3:10i przeciwne ładunki zbierają się
na przeciwnych stronach kryształu. -
3:10 - 3:14To tworzy napięcie, które może wzbudzić
prąd elektryczny w obwodzie. -
3:14 - 3:17Materiały piezoelektryczne
mogą mieć różne struktury, -
3:17 - 3:22ale łączą je komórki jednostkowe,
którym brakuje centrum symetrii. -
3:22 - 3:24Im większemu naciskowi
poddane są materiały piezoelektryczne, -
3:24 - 3:27tym większe napięcie się wytworzy.
-
3:27 - 3:30Gdy zamiast tego kryształ się rozciągnie,
zmieni się napięcie -
3:30 - 3:32i prąd popłynie w drugą stronę.
-
3:32 - 3:36Jest więcej materiałów piezoelektrycznych
niż nam się wydaje. -
3:36 - 3:37DNA,
-
3:37 - 3:37kości
-
3:37 - 3:38i jedwab
-
3:38 - 3:42mają zdolność przetwarzania
energii mechanicznej w elektryczną. -
3:42 - 3:46Naukowcy stworzyli wiele syntetycznych
materiałów piezoelektrycznych -
3:46 - 3:49i znaleźli dla nich zastosowania
od obrazowania medycznego -
3:49 - 3:52po drukarki atramentowe.
-
3:52 - 3:55Wytworem piezoelektryczności
są rytmiczne drgania kryształów kwarcu, -
3:55 - 3:58sprawiające, że zegarki
dobrze wskazują czas, -
3:58 - 4:00głośniki w kartkach urodzinowych grają
-
4:00 - 4:03i strzelają iskry zapalające gaz
w niektórych zapalniczkach, -
4:03 - 4:05gdy naciśnie się włącznik.
-
4:05 - 4:08Urządzenia piezoelektryczne
mogą stać się jeszcze bardziej popularne, -
4:08 - 4:13bo potrzebujemy energii elektrycznej,
a mamy mnóstwo energii mechanicznej. -
4:13 - 4:16Są już dworce kolejowe
wykorzystujące kroki pasażerów -
4:16 - 4:18do zasilania bramek
biletowych i wyświetlaczy, -
4:18 - 4:19oraz kluby taneczne,
-
4:19 - 4:22gdzie piezoelektryczność
pomaga zasilać światła. -
4:22 - 4:25Czy koszykarze biegający po boisku
mogliby zasilać tablicę z wynikami? -
4:25 - 4:29A czy chodzenie po ulicy mogłoby
ładować twoje urządzenia elektroniczne? -
4:29 - 4:31Do czego jeszcze wykorzystamy
piezoelektryczność?
- Title:
- Jak można wycisnąć elektryczność z kryształów - Ashwini Bharathula
- Description:
-
Zobacz całą lekcję: http://ed.ted.com/lessons/how-to-squeeze-electricity-out-of-crystals-ashwini-bharathula
To brzmi jak science-fiction, ale pod wpływem nacisku kryształek cukru wytworzy własną elektryczność. Ten zwykły kryształ może zachowywać się jak malutkie źródło energii, ponieważ tak się składa, że cukier jest piezoelektryczny. Ashwini Bharathula wyjaśnia, w jaki sposób materiały piezoelektryczne zmieniają naprężenie mechaniczne takie jak nacisk, fale dźwiękowe i inne wibracje w elektryczność i odwrotnie.
Lekcja: Ashwini Bharathula, animacja: Karrot Animation.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TED-Ed
- Duration:
- 04:56
Marta Konieczna approved Polish subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula | ||
Marta Konieczna edited Polish subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula | ||
Agnieszka Fijałkowska accepted Polish subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula | ||
Agnieszka Fijałkowska edited Polish subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula | ||
Agnieszka Fijałkowska edited Polish subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula | ||
Agnieszka Fijałkowska edited Polish subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula | ||
Agnieszka Fijałkowska edited Polish subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula | ||
Agnieszka Fijałkowska edited Polish subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula |