- Cos'è l'effetto piezoelettrico?
- Materiali piezoelettrici
- Componenti richiesti
- Schema del circuito di generazione di potenza di passo
Negli ultimi anni la domanda di dispositivi elettronici portatili a bassa potenza è aumentata rapidamente. E ci sono opzioni molto limitate per alimentare questi piccoli dispositivi elettronici portatili come batterie alcaline o energia solare, ecc. Quindi qui stiamo usando un metodo diverso per generare una piccola quantità di energia che utilizza il sensore piezoelettrico. Qui costruiremo il circuito di generazione di energia Footstep per generare elettricità. Puoi saperne di più sull'effetto piezoelettrico seguendo questo circuito del trasduttore piezoelettrico.
Cos'è l'effetto piezoelettrico?
L'effetto piezoelettrico è la capacità di alcuni materiali piezoelettrici (come quarzo, topazio, ossido di zinco e così via) di generare una carica elettrica in risposta allo stress meccanico. La parola "piezoelettrico" deriva dalla parola greca "piezein" che significa spingere, spremere e premere.
Inoltre, l'effetto piezoelettrico è reversibile, il che significa che quando applichiamo uno stress meccanico al materiale piezoelettrico riceviamo una certa carica elettrica in uscita. E, quando applichiamo l'elettricità al materiale piezoelettrico, comprime o allunga il materiale piezoelettrico.
L'effetto piezoelettrico viene utilizzato in varie applicazioni che coinvolgono
- Produzione e rilevamento del suono
- Generazione di alta tensione
- Generazione elettronica della frequenza
- Microbilance
- Messa a fuoco ultrafine di gruppi ottici
- Applicazioni quotidiane come accendini
Il risonatore usa anche l'effetto piezoelettrico.
Materiali piezoelettrici
Numerosi materiali piezoelettrici sono ora disponibili, anche naturali e artificiali. I materiali piezoelettrici naturali includono quarzo, zucchero di canna, sale di Rochelle, topazio tormalina e così via. Il materiale piezoelettrico artificiale include titanato di bario e titanato di zirconato. Ci sono alcuni materiali riportati nella tabella sottostante nella categoria dei naturali e sintetici:
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Materiale piezoelettrico naturale |
Materiale piezoelettrico sintetico |
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Quarzo (più usato) |
Titanato di zirconato di piombo (PZT) |
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Sale di Rochelle |
Ossido di zinco (ZnO) |
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Topazio |
Titanato di bario (BaTiO 3) |
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TB-1 |
Ceramica piezoelettrica Titanato di bario |
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TBK-3 |
Titanato di bario di calcio |
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Saccarosio |
Ortofosfato di gallio (GaPO 4) |
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Tendine |
Niobato di potassio (KNbO 3) |
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Seta |
Titanato di piombo (PbTiO 3) |
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Smalto |
Litio tantalite (LiTaO 3) |
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Dentina |
Langasite (La 3 Ga 5 SiO 14) |
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DNA |
Tungstato di sodio (Na 2 WO 3) |
Componenti richiesti
- Sensore piezoelettrico
- LED (blu)
- Diodo (1N4007)
- Condensatore (47uF)
- Resistenza (1k)
- Premi il bottone
- Collegamento dei cavi
- Breadboard
Schema del circuito di generazione di potenza di passo
Un sensore piezoelettrico è costituito da materiale piezoelettrico (il quarzo più utilizzato). Serve a convertire lo stress meccanico in carica elettrica. L'uscita del sensore piezoelettrico è AC. Abbiamo bisogno di un raddrizzatore a ponte completo per convertirlo in CC. La tensione di uscita del sensore è inferiore a 30 Vp-p, è possibile alimentare l'uscita del sensore piezoelettrico o memorizzarla nella batteria o in altri dispositivi di memorizzazione. L' impedenza del sensore piezoelettrico è inferiore a 500 ohm. L'intervallo di temperatura di funzionamento e di conservazione è rispettivamente di -20 ° C ~ + 60 ° C e -30 ° C ~ + 70 ° C.
Dopo aver effettuato i collegamenti secondo lo schema del circuito del sensore piezoelettrico, quando forniamo uno stress meccanico al sensore piezoelettrico, questo genera tensione. L'uscita del sensore piezoelettrico è in forma AC. Per convertirlo da AC a DC utilizziamo un raddrizzatore a ponte completo. L'uscita del raddrizzatore è collegata tramite un condensatore da 47uF. La tensione generata dal sensore piezoelettrico viene immagazzinata nel condensatore. E, quando si preme il pulsante, tutta l'energia immagazzinata viene trasferita al LED e il LED si accende fino a quando il condensatore non si scarica.
In questo circuito, il LED si accende per una frazione di secondi. Per aumentare il tempo di accensione del LED è possibile aumentare la capacità del condensatore, ma la ricarica richiederà più tempo. Puoi anche collegare più sensori piezoelettrici in serie per generare più energia elettrica. Inoltre, il diodo viene utilizzato per bloccare il flusso di corrente dal condensatore al sensore piezoelettrico e il resistore è un resistore limitatore di corrente. Il LED può anche essere collegato direttamente al sensore piezoelettrico ma si spegnerà in un attimo in quanto non ci sarà alcun condensatore per trattenere la corrente.
Di seguito viene fornito un video dimostrativo per questo sistema di generazione di energia a pedale.