Пьезогенераторы - новые источники электроэнергии

Пьезогенераторы - новые источники электроэнергии

Аннотация. В  статье изложены принципы получения электроэнергии из пьезоэлектрических криссталических материалов и способы их использования как в качестве альтернативных источников питания для общественных мест

        В настоящее время в связи с истощением природных ресурсов идет переход от традиционных,  то есть органических источников энергии, таких как нефть, уголь и газ к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии, каким является в частности, ветер, солнце и гравитация. Все страны активно развивают такие направления, как: солнечная энергетика, ветроэнергетика  и.т.д.

         В ближайшее будущее  по данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA) к 2050 году около 40%  вырабатываемой электроэнергии будет приходиться на возобновляемые источники энергии таких как СЭС, ВЭС и ПЭС.[1]

        Способ выработки электроэнергии во всех тепловых, атомных, ветровых и гидравлических электростанциях основан на преобразовании механической энергии в электрическую с помощью электрических машин-генераторов.  В генераторе процесс получения электрического тока происходит  под действием переменного магнитного поля на электрические заряды, называемым “явление электромагнитной индукции”.  Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического поля в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром,  меняется со временем.[2]

Электромагнитная индукция как явление было открыто великим английским ученым Майклом Фарадеем в 29 августа 1831 году. И с тех пор по прошедшее почти  200 лет мы используем этот метод как основной для производство электрической энергии.

В связи с новыми открытиями ученых таких как  фотоэффект, которое тоже стало еще одним способом получения электричества, ниже представлен альтернативный и дополнительный способ генерирования электрического тока с помощью, так называемого “пьезоэлектрического эффекта”

Пьезоэлектри́ческий эффе́кт (от греческого piézō- сдавлю, сжимаю) — процесс возникновения поляризации диэлектрика под действием механических сил.

При деформации пьезоэлектрического материала происходит возникновение электрического напряжения между поверхностями этого тела.  

Прямой пьезоэлектри́ческий эффект был открыт Жаком и Пьером Кюри в 1880 году. Обратный эффект был предугадан в 1881 году Габриэлом Липпманом, исходя из термодинамических соображений и был экспериментально подвержден  братьями Кюри. Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля. [3]

        К кристаллам,  в которых наблюдается прямой пьезоэлектрический эффект, относятся: турмалин, хлорат нартия, титанат бария и кварц.

Природные кристаллы кварца относятся к гексагональной кристаллографической системы и имеют форму, близкую к шестигранной призмы, ограниченной двумя пирамидами. В рис. 1 и 2 показана кристалл кварца и пластина вырезанная из кристалла кварца. При приложении механической деформации сжатия или растяжения до кристалла кварца в определенном направлении, на поверхности кристалла образуются электрические заряды.

        В нашей обычной посведневной жизни мы используем приборы, использующие этот эффект например: пьезоэлектрический манометр, пьезоэлектрические стабилизаторы и фильтры, гидрофоны и.т.д.[4]

                                         [pic 1]

[pic 2]

Принцип действия пьезогенератора

Пьезоэффект, который применяется в пьезогенераторах, заключается в том, что в устройстве имеется специальный диэлектрик, к которому прикладываются механические напряжения. В результате диэлектрик на двух разных концах создает разницу потенциалов. В итоге, создавая давление на подобный пьезоэлемент, можно на выходе получить электрическое напряжение определенной величины.