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 ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
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

Hội Vô tuyến - Điện tử Việt Nam: Điểm tựa khoa học công nghệ gắn với chuyển đổi số quốc gia
Hội Vô tuyến - Điện tử Việt Nam với gần 40 năm phát triển đang thể hiện rõ vai trò tổ tổ chức xã hội - nghề nghiệp uy tín trong lĩnh vực vô tuyến, điện tử, viễn thông, công nghệ thông tin đồng thời đóng góp thực chất vào tiến trình chuyển đổi số quốc gia theo tinh thần Nghị quyết 57-NQ/TW của Bộ Chính trị.
Đầu tư khoa học công nghệ giải quyết điểm nghẽn của ngành Thủy sản Việt Nam
Phát biểu tại Hội nghị khoa học công nghệ thủy sản và kiểm ngư toàn quốc năm 2026, Thứ trưởng Bộ Nông nghiệp và Môi trường Phùng Đức Tiến đã nhấn mạnh sự cần thiết của đổi mới sáng tạo khoa học công nghệ trong giải quyết điểm nghẽn về logistics, môi trường, nâng cao sức cạnh tranh của ngành Thủy sản trong nước.
Chủ tịch VUSTA Phan Xuân Dũng nhận danh hiệu Giáo sư danh dự Đại học Năng lượng Moskva, Liên bang Nga
Sáng 30/4/2026, tại Trường Đại học Năng lượng Moskva, Liên bang Nga (MPEI), TSKH. Phan Xuân Dũng, Chủ tịch VUSTA đã vinh dự đón nhận danh hiệu Giáo sư danh dự của MPEI. Chủ tịch VUSTA Phan Xuân Dũng là công dân đầu tiên của Việt Nam được trao tặng danh hiệu Giáo sư tại MPEI, đứng trong bảng danh dự cùng với các nhà khoa học nổi tiếng trên thế giới.
51 năm thống nhất đất nước: Khơi thông nguồn lực tri thức trong kỷ nguyên mới
Thông tấn xã Việt Nam giới thiệu bài phỏng vấn với Phó Giáo sư, Tiến sĩ Phạm Ngọc Linh, Phó Chủ tịch Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) về vai trò của lực lượng trí thức và những giải pháp đột phá để hiện thực hóa khát vọng hùng cường vào năm 2030 và 2045.
Phát huy vai trò nòng cốt của trí thức KH&CN tỉnh Cà Mau
Đại hội đại biểu Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Cà Mau lần thứ I, nhiệm kỳ 2026 - 2031 tổ chức thành công thực sự đã mở ra một không gian mới để hội tụ sức mạnh, tâm huyết và trí tuệ của đội ngũ trí thức tỉnh nhà, định hình con đường kiến tạo và phát triển trong kỷ nguyên mới của đất nước.
Công bố Quyết định bổ nhiệm Giám đốc, Tổng biên tập Nhà xuất bản Tri thức
Ngày 28/4, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) tổ chức Hội nghị Công bố quyết định về công tác cán bộ. Tại hội nghị, TSKH. Phan Xuân Dũng, Chủ tịch VUSTA đã trao Quyết định bổ nhiệm bà Bùi Thị Thu Hằng, Phó Giám đốc phụ trách, Phó Tổng biên tập NXB Tri thức giữ chức vụ Giám đốc, Tổng biên tập NXB Tri thức.