Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ hai, 26/11/2007 23:49 (GMT+7)

Áp điện

Hiệu ứng khi tác dụng lực lên vật sinh ra điện gọi là hiệu ứng áp điện thuận. Ngược lại khi tác dụng lên hiệu điện thế thì xuất hiện lực cơ làm vật biến dạng. Đó là hiệu ứng áp điện nghịch. Tiếng Anh, tính áp điện là piezo electric, piezo xuất phát từ tiếng Hy Lạp piezein có nghĩa là ép (nén), làm co lại.

Trong tự nhiên có những vật liệu có tính áp đạên, điển hình là tinh thể thạch anh, tiếng Anh là quartz. Danh từ quarz đi đôi với đồng hồ điện tử dùng phổ biến hiện nay, liên quan đến hiện tượng áp điện. Người ta đã làm ra vật liệu áp điện nhân tạo dạng gốm, khi tác dụng điện thế có thể thay đổi kích thước (giãn ra hoặc co vào) đến 0,1% kích thước ban đầu. Vật liệu gốm áp điện vào loại tốt nhất này có tên là gốm PZT. (P: chì Pb, Z: zirconi Zr, T: Titan Ti),

Hình 1

Hình 1

Có thể xét một kiểu ô mạng điển hình của tinh thể áp điện để hiểu tại sao lực sinh ra điện (hình 1). Lúc không có lực tác dụng, ô mạng dạng lập phương, tâm của các ion dương và các ion âmtrùng nhau, không bị phân cực điện. Khi có lực tác dụng, ô mạng bị biến dạng, co lại theo chiều này, giãn ra theo chiều kia, hình lập phương trở thành khối chữ nhật. Lúc đó tâm của các ion dương vàcác ion âm dịch chuyển đối với nhau, ô mạng từ trung hoà điện trở nên một lưỡng cực điện. Người ta đặc trưng tác dụng của một lưỡng cực điện bằng véctơ phân cực điện véc tơ P trong đó p = qr, điệntích q nhân với khoảng cách r giữa hai điện tích còn chiều của véctơ P là chiều của véctơ r nối từ điện tích âm đến điện tích dương.

Hình 2

Hình 2

Có thể có nhiều lưỡng cực nhỏ như vậy có véctơ P song song cùng chiều với nhau ứng với một miền gồm nhiều ô mạng. Người ta gọi đó là một miền điện Weiss, có véctơ P = åvéctơ P (hình 2).

Nhiều tính chất của vật liệu áp điện được giải thích theo các tính chất của miền điện Weiss tương tự như giải thích tính chất từ của vật liệu từ nhờ miền từ. Tinh thể cũng như gốm áp điện có rất nhiều ứng dụng trong khoa học và đời sống hàng ngày. Với vật liệu áp điện có thể tạo tia lửa điều khiển cháy, nổ, làm các bộ dao động chuẩn, làm đồng hồ, làm động cơ và các bộ điều khiển chuyển động tinh vi, làm kính hiển vi, đặc biệt có nhiều ứng dụng trong công nghệ nanô. Ta xét một số ứng dụng cụ thể từ đơn giản đến phức tạp.

Đánh lửa ở bật lửa ga

Trước đây cái bật lửa có một bánh xe nhỏ bằng thép cứng, phía dưới có một cái lò xo nhỏ đẩy cho viên đá lửa áp sát vào bánh xe. Khi lấy tay quay bánh xe, do cọ xát với đá lửa nên có tia lửa phun ra. Tia lửa bắt gặp hơi xăng ở đầu bấc, bốc cháy tạo ra ngọn lửa. Bật được một số lần, đá lửa mòn hết, phải thay đá mới. Ở bật lửa ga (gaz) ngày nay người ta dùng chất áp điện để tạo ra tia lửa mồi cháy hơi ga.

Khi ấn vào nút ở bật lửa, lò xo bị nén lại, đến một lúc lò xo bật ra tác dụng lực rất mạnh lên cái áp điện (nhỏ như hạt gạo). Điện thế rất cao sinh ra ở đó làm cho phóng điện: tia lửa nhỏ làm hơi ga cháy thành ngọn lửa. Về nguyên tắc cái đánh lửa áp điện hoạt động lâu dài, chỉ phải nạp ga cho bật lửa, không cần lưu tâm đến cái đánh lửa. Chỉ trừ khi để quá bẩn, hai điện cực không còn cách điện tốt, không có tia lửa. Chỉ cần lau sạch cho cách điện, bật lửa hoạt động bình thường.

Tự động mồi lửa ở bếp ga

Ở bếp ga loại cũ khi xoay núm để mở cho hơi ga bay ra phải đánh que diêm mồi cho hơi ga cháy thành ngọn lửa.

Ở các bếp ga loại mới khi xoay núm để mở cho hơi ga ra thì trước hết là làm quay nén một lò xo (do đó hơi nặng tay một chút). Đến một lúc lò xo bật ra tạo thành lực lớn tác dụng vào cái áp điện, gây ra điện thế cao, phát ra tia lửa điện. Lúc đã quay đến đó cũng là lúc hơi ga bắt đầu phun ra nên bắt ngay tia lửa để cháy. Khi nấu nướng để thức ăn, nước mặn trào ra có thể làm cho cách điện giữa hai điện cực trở thành dẫn điện. Lúc đó xem như nối đã tắt, có dòng nhưng không có điện thế cao để phóng điện được. Lau sạch sứ cách điện, việc đánh lửa sẽ tốt lại như thường. Cũng theo nguyên tắc này, trong vũ khí mới có những loại bom, đạn cối được điều khiển nổ bằng áp điện. Đầu đạn, đầu bom có gắn một cái áp điện nhỏ. Khi bom, đạn rơi chạm đất, thanh truyền lực đập mạnh vào cái áp điện, tia lửa phóng ra và kích nổ bom đạn…

Loa, míc áp điện

Loa, míc (micro) chế tạo lâu nay hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ. Ở các loa (điện từ) màng loa bằng giấy gắn liền với một ống dây điện mảnh, nằm trong khe của một nam châm mạnh. Khi có dòng điện nhỏ đi vào ống dây, tác dụng lực điện từ làm cho ống dây dao động kéo theo màng loa rung động phát ra âm thanh. Cái mic có cấu tạo tương tự như cái loa, khi có âm thanh, màng của mic rung lên và rung động đó làm cho cuộn dây rung động theo. Vì rung động trong từ trường nên trong cuộn dây sinh ra dòng cảm ứng. Dòng cảm ứng này được khuyếch đại và đưa về loa để phát ra lại âm thanh. Vì cuộn dây, có nam châm nên loa cũng như mic điện từ đều không làm gọn gàng, kích thước nhỏ và mỏng được.

Hình 3

Hình 3

Loa áp điện chỉ có màng loa làm bằng chất liệu dẻo trên đó có lớp áp điện mỏng, hai bên áp điện có phủ lớp dẫn điện làm điện cực. Cho điện thế tác dụng lên hai điện cực, màng loa co giãn,rung động phát ra âm thanh (hình 3). Trái lại ở mic áp điện, cấu tạo y hệt như loa, rung động của sóng âm làm cho màng của mic rung động vì là chất áp điện nên tạo ra điện thế ở hai cực bên, từ đókhuyếch đại lên đưa về loa, âm thanh mic đã thu được sẽ phát lại qua loa.

Như vậy loa và mic có thể làm rất nhỏ, đặc biệt là rất mỏng. Ta thường thấy loại thiệp chúc mừng gập lại như tấm bìa mỏng nhưng khi mở ra nghe rõ từ thiệp phát ra bài hát, lời chúc mừng. Ở đấy phải có một con chíp rất mỏng và tấm tròn to bằng đồng xu nhưng mỏng hơn, đó là loa áp điện. Ta cũng thấy cấu tạo của loa và mic giống nhau nên có thể kết hợp hai làm một, vừa là loa vừa là mic.

Theo nguyên tắc áp điện này người ta làm các máy phát ra âm thanh rồi thu lại âm thanh phản xạ lại để đo đạc khoảng cách, để thăm dò kiểu như ra đa. Chú ý là tuỳ thuộc vào tần số sử dụng, các loại máy móc này có thể làm việc ở tần số âm rất thấp (hạ âm) để thăm dò, đo đạc dưới nước, dưới biển hoặc ở tần số rất cao (siêu âm) để nghiên cứu nhiều hiện tượng trong chất rắn. Đặc biệt là dùng áp điện để làm đầu phát và thu siêu âm để chụp các bộ phận trong cơ thể như đã nói ở Vật lý và Tuổi trẻ số 47 tháng 7 năm 2007.

Xem Thêm

Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.
Ứng dụng công nghệ số toàn diện là nhiệm vụ trọng tâm của VUSTA giai đoạn tới
Ứng dụng công nghệ số toàn diện, xây dựng hệ sinh thái số là bước đi cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả quản trị và phát huy sức mạnh đội ngũ trí thức của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA). Qua đó cho thấy, VUSTA không chỉ bắt kịp xu thế công nghệ mà còn chủ động kiến tạo những giá trị mới, khẳng định vai trò tiên phong của đội ngũ trí thức trong thời đại số.

Tin mới

Đảng bộ Liên hiệp Hội Việt Nam: Kiểm điểm, đánh giá chất lượng Ban Chấp hành Đảng bộ năm 2025
Ngày 12/12, Đảng bộ Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) tổ chức Hội nghị kiểm điểm đối với tập thể, cá nhân Ban Chấp hành Đảng bộ năm 2025. Đồng chí Phạm Ngọc Linh, Phó Bí thư Thường trực Đảng ủy, Phó Chủ tịch Liên hiệp hội Việt Nam chủ trì Hội nghị. Tham dự có đồng chí Phan Xuân Dũng, Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam cùng các đồng chí trong BCH Đảng bộ.
Chủ tịch Phan Xuân Dũng dẫn đoàn Việt Nam tham dự Triển lãm quốc tế về Sáng tạo khoa học công nghệ (SIIF 2025) tại Seoul
Từ ngày 3-7/12, Triển lãm quốc tế về khoa học công nghệ (SIIF 2025) được tổ chức tại thủ đô Seoul, Hàn Quốc. Theo lời mời của Hiệp hội Xúc tiến sáng chế Hàn Quốc (KIPA), Quỹ Sáng tạo kỹ thuật Việt Nam (VIFOTEC) đã thành lập đoàn tham gia Triển lãm quốc tế về khoa học công nghệ (SIIF 2025) do TSKH. Phan Xuân Dũng, Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam, Chủ tịch Quỹ VIFOTEC - làm trưởng đoàn.
Tìm giải pháp truyền thông đột phá cho phát triển khoa học công nghệ
Nghị quyết 57-NQ/TW xác định vị thế khoa học, công nghệ và chuyển đổi số là chìa khóa để Việt Nam vươn mình, trở thành quốc gia phát triển. Giới chuyên gia đưa ra lộ trình cụ thể giúp truyền thông chính sách thành hành động, từ xây dựng tòa soạn thông minh đến phát triển hệ sinh thái nội dung số.
Liên hiệp Hội Việt Nam tiếp nhận kinh phí ủng hộ đồng bào miền Trung, Tây Nguyên bị thiệt hại do mưa lũ
Chiều ngày 09/12, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) đã tổ chức buổi tiếp nhận kinh phí ủng hộ đồng bào miền Trung, Tây Nguyên bị thiệt hại do mưa lũ. Đây là hoạt động tiếp nối tinh thần của Lễ phát động ủng hộ đồng bào miền Trung, Tây Nguyên do Liên hiệp Hội Việt Nam tổ chức vào ngày 24/11 vừa qua.
Trí thức Việt Nam đồng hành cùng tương lai Xanh
Đội ngũ trí thức Việt Nam luôn đóng vai trò then chốt với những đóng góp trong nghiên cứu, chuyển giao công nghệ, đổi mới sáng tạo, tư vấn chính sách và truyền cảm hứng cộng đồng. Những chuyển động mạnh mẽ về khoa học môi trường, năng lượng sạch, kinh tế tuần hoàn và công nghệ xanh trong thời gian qua có dấu ấn đậm nét của đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ nước ta…
Phát huy vai trò đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ trong đột phá phát triển khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo
Sáng ngày 05/12, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Nữ trí thức Việt Nam (VAFIW) tổ chức Hội thảo “Phát huy vai trò đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ trong đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo”.
Các nhà khoa học giao lưu, thuyết giảng tại trường đại học
Từ trí tuệ nhân tạo (AI), vật liệu bán dẫn hữu cơ, công nghệ y học đến biến đổi khí hậu và đa dạng sinh học… những buổi trò chuyện không chỉ mở rộng tri thức chuyên sâu mà còn truyền cảm hứng mạnh mẽ về hành trình chinh phục khoa học cho hàng nghìn sinh viên và giảng viên cả nước.