Từ vài năm trở lại đây, nhu cầu về các thiết bị di động điện tử công suất thấp đã tăng lên nhanh chóng. Và có rất ít lựa chọn để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử cầm tay nhỏ này như pin kiềm hoặc năng lượng mặt trời, v.v. Vì vậy, ở đây chúng tôi đang sử dụng một phương pháp khác để tạo ra một lượng điện năng nhỏ sử dụng cảm biến áp điện. Sau đây chúng ta sẽ xây dựng Mạch tạo điện theo bước chân để tạo ra điện. Bạn có thể tìm hiểu thêm về Hiệu ứng áp điện bằng cách làm theo Mạch chuyển đổi áp điện này.
Hiệu ứng áp điện là gì?
Hiệu ứng áp điện là khả năng của một số vật liệu áp điện (như thạch anh, topaz, oxit kẽm, v.v.) tạo ra điện tích phản hồi lại ứng suất cơ học. Từ 'áp điện' có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp 'piezein' có nghĩa là đẩy, ép và ép.
Ngoài ra, hiệu ứng áp điện có thể đảo ngược, có nghĩa là khi chúng ta tác dụng ứng suất cơ học lên vật liệu áp điện, chúng ta nhận được một số điện tích trên đầu ra. Và, khi chúng ta đặt điện vào vật liệu áp điện, thì nó sẽ nén hoặc kéo căng vật liệu áp điện.
Hiệu ứng áp điện được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau liên quan đến
- Sản xuất và phát hiện âm thanh
- Tạo ra điện áp cao
- Tạo tần số điện tử
- Cân bằng vi mô
- Lấy nét cực tốt của các cụm quang học
- Các ứng dụng hàng ngày như bật lửa thuốc lá
Bộ cộng hưởng cũng sử dụng hiệu ứng áp điện.
Vật liệu áp điện
Hiện nay có rất nhiều vật liệu áp điện, kể cả tự nhiên và nhân tạo. Vật liệu áp điện tự nhiên bao gồm thạch anh, đường mía, muối Rochelle, topaz tourmaline, v.v. Vật liệu áp điện do con người tạo ra bao gồm bari titanat và zirconat titanat. Có một số vật liệu được đưa ra trong bảng dưới đây thuộc loại vật liệu tự nhiên và tổng hợp:
|
Vật liệu áp điện tự nhiên |
Vật liệu áp điện tổng hợp |
|
Thạch anh (được sử dụng nhiều nhất) |
Chì zirconate titanate (PZT) |
|
Muối Rochelle |
Oxit kẽm (ZnO) |
|
Topaz |
Bari Titanate (BaTiO 3) |
|
TB-1 |
Gốm áp điện Bari titanate |
|
TBK-3 |
Canxi bari titanat |
|
Sucrose |
Gali orthophosohate (GaPO 4) |
|
Gân |
Kali niobat (KNbO 3) |
|
Lụa |
Titanat chì (PbTiO 3) |
|
Men |
Lithium tantalit (LiTaO 3) |
|
Dentin |
Langasite (La 3 Ga 5 SiO 14) |
|
DNA |
Natri vonfram (Na 2 WO 3) |
Thành phần bắt buộc
- Cảm biến áp điện
- LED (Xanh lam)
- Diode (1N4007)
- Tụ điện (47uF)
- Điện trở (1k)
- Nút bấm
- Kết nối dây
- Breadboard
Sơ đồ mạch phát điện theo bước chân
Một cảm biến áp điện được tạo thành từ vật liệu áp điện (thạch anh-nhất được sử dụng). Nó được sử dụng để chuyển đổi ứng suất cơ học thành điện tích. Đầu ra của Cảm biến áp điện là AC. Chúng ta cần một bộ chỉnh lưu cầu đầy đủ để chuyển nó thành DC. Điện áp đầu ra của cảm biến nhỏ hơn 30Vp-p, bạn có thể cấp đầu ra của cảm biến áp điện hoặc có thể lưu trữ nó vào pin hoặc các thiết bị lưu trữ khác. Các trở kháng của cảm biến áp điện là ít hơn 500 ohm. Phạm vi nhiệt độ hoạt động và lưu trữ lần lượt là -20 ° C ~ + 60 ° C và -30 ° C ~ + 70 ° C.
Sau khi thực hiện kết nối theo sơ đồ mạch Cảm biến áp điện, khi chúng ta cung cấp ứng suất cơ học cho cảm biến áp điện, nó sẽ tạo ra điện áp. Đầu ra của cảm biến áp điện có dạng AC. Để chuyển đổi nó từ AC sang DC, chúng tôi đang sử dụng một bộ chỉnh lưu cầu đầy đủ. Đầu ra của bộ chỉnh lưu được kết nối qua tụ điện 47uF. Điện áp tạo ra bởi cảm biến áp điện được lưu trữ trong tụ điện. Và, khi nhấn nút nhấn, tất cả năng lượng được lưu trữ sẽ được chuyển đến đèn LED và đèn LED BẬT cho đến khi tụ điện xả hết.
Trong mạch này, đèn LED phát sáng trong một phần giây. Để tăng thời gian BẬT của đèn LED, bạn có thể tăng định mức tụ điện, nhưng sẽ mất nhiều thời gian hơn để sạc. Thậm chí, bạn có thể mắc nối tiếp nhiều cảm biến áp điện để tạo ra nhiều năng lượng điện hơn. Ngoài ra, diode được sử dụng để chặn dòng điện chạy từ tụ điện đến cảm biến áp điện và điện trở là điện trở hạn chế dòng điện. Đèn LED cũng có thể được kết nối trực tiếp với cảm biến áp điện nhưng nó sẽ tắt trong giây lát vì sẽ không có tụ điện để giữ dòng điện.
Dưới đây là video minh họa cho Hệ thống tạo điện bằng bước chân này.