2

3

4

W dobie bezsprzecznego, bezkompromisowego rozwoju naszej cywilizacji W dobie bezsprzecznego, bezkompromisowego rozwoju naszej cywilizacji i jednoczesnej walki o przetrwanie przyrody, ulepszanie, bądź tworzenie nowoczesnej i jednoczesnej walki o przetrwanie przyrody, ulepszanie, bądź tworzenie nowoczesnej technologii energetycznej jest rzeczą priorytetową. Wraz ze wzrostem ludzkiej technologii energetycznej jest rzeczą priorytetową. Wraz ze wzrostem ludzkiej populacji, a także wszechobecnej komputeryzacji, zwiększa się zapotrzebowanie na populacji, a także wszechobecnej komputeryzacji, zwiększa się zapotrzebowanie na energię.energię.

Ludzkość nadal pozyskuje ją w większej części z zasobów naturalnych, Ludzkość nadal pozyskuje ją w większej części z zasobów naturalnych, w sposób tradycyjny, choćby wykorzystując do tego elektrownie węglowe, które w sposób tradycyjny, choćby wykorzystując do tego elektrownie węglowe, które pomimo coraz nowszej technologii nadal w dużym stopniu niszczą środowisko pomimo coraz nowszej technologii nadal w dużym stopniu niszczą środowisko naturalne. Innymi sposobami na pozyskiwanie tej energii są choćby elektrownie naturalne. Innymi sposobami na pozyskiwanie tej energii są choćby elektrownie jądrowe, które także pociągają za sobą eksploatację natury (kopalnie odkrywkowe), jądrowe, które także pociągają za sobą eksploatację natury (kopalnie odkrywkowe), ponadto wymagają składowania odpadów radioaktywnych. Coraz częściej sięgamy po ponadto wymagają składowania odpadów radioaktywnych. Coraz częściej sięgamy po inne rodzaje energii – energię odnawialną, czyli świetlną, wiatrową, bio – masę inne rodzaje energii – energię odnawialną, czyli świetlną, wiatrową, bio – masę i wodną… czy to wszystko ? i wodną… czy to wszystko ?

Takie pytanie zadaliśmy sobie, aż w końcu zrodził się pomysł na nowe źródło Takie pytanie zadaliśmy sobie, aż w końcu zrodził się pomysł na nowe źródło energii odnawialnej. Stworzyliśmy urządzenie, które w oparciu o efekt piezoelektryczny energii odnawialnej. Stworzyliśmy urządzenie, które w oparciu o efekt piezoelektryczny pozyskuje energię z hałasu. pozyskuje energię z hałasu.

5

Piezoelektryki Piezoelektryki to bez wątpienie najstarsze i najpopularniejsze materiały to bez wątpienie najstarsze i najpopularniejsze materiały inteligentne. Pierwszą wzmiankę na ich temat, świat usłyszał w 1880r. kiedy to Piotr inteligentne. Pierwszą wzmiankę na ich temat, świat usłyszał w 1880r. kiedy to Piotr i Jakub Curie stwierdzili, że na powierzchni niektórych kryształów , pod wpływem i Jakub Curie stwierdzili, że na powierzchni niektórych kryształów , pod wpływem zewnętrznych naprężeń mechanicznych indukują się ładunki elektryczne, których zewnętrznych naprężeń mechanicznych indukują się ładunki elektryczne, których wartość jest wprost proporcjonalna do wartości przyłożonych natężeń. Zjawisko to wartość jest wprost proporcjonalna do wartości przyłożonych natężeń. Zjawisko to zostało odkryte przypadkowo. Rok później odkryli, że efekt działa odwrotnie, po zostało odkryte przypadkowo. Rok później odkryli, że efekt działa odwrotnie, po przyłożeniu napięcia kryształ zmieniał swój kształt.przyłożeniu napięcia kryształ zmieniał swój kształt.

6

Stos piezoelektryczny– Stos piezoelektryczny– tworzy się go sklejając od kilku do kilkunastu piezoelementów w jeden tworzy się go sklejając od kilku do kilkunastu piezoelementów w jeden stos, wówczas gdy pojedynczy element nie spełnia wymagań aplikacyjnych. Stosy stos, wówczas gdy pojedynczy element nie spełnia wymagań aplikacyjnych. Stosy piezoelektryczne znajdują zastosowanie np.: w procesie odzyskiwania energii. Podobne piezoelektryczne znajdują zastosowanie np.: w procesie odzyskiwania energii. Podobne usprawnienia możemy zastosować w naszym projekcie co daje szerokie perspektywy rozwoju usprawnienia możemy zastosować w naszym projekcie co daje szerokie perspektywy rozwoju i zwiększy jego efektywność.i zwiększy jego efektywność.

7

Hałas = dźwięk

Źródłem dźwięku może być praktycznie wszystko w otaczającym nas Źródłem dźwięku może być praktycznie wszystko w otaczającym nas środowisku. Może to być środowisku. Może to być szum autostrady, hałas hali produkcyjnej, doping szum autostrady, hałas hali produkcyjnej, doping kibiców na stadionie lub ciężkie brzmienie na koncertach muzyki metalowej. kibiców na stadionie lub ciężkie brzmienie na koncertach muzyki metalowej.

Pozyskiwanie energii z hałasu, czyli pod wpływem drgań, Pozyskiwanie energii z hałasu, czyli pod wpływem drgań, które niesie za sobą dźwięk, jest możliwe dzięki które niesie za sobą dźwięk, jest możliwe dzięki zastosowaniu zastosowaniu efektu piezoelektrycznego wefektu piezoelektrycznego w  przetwornikach przetwornikach mechanoelektrycznych.mechanoelektrycznych.

8

9

Pozyskiwanie energii z hałasu, czyli pod wpływem drgań, które niesie Pozyskiwanie energii z hałasu, czyli pod wpływem drgań, które niesie za sobą dźwięk, jest możliwe dzięki zastosowaniu efektu za sobą dźwięk, jest możliwe dzięki zastosowaniu efektu piezoelektrycznego, właśnie w przetwornikach piezoelektrycznego, właśnie w przetwornikach mechanoelektrycznychmechanoelektrycznych. Istotne jest jednak to, co zamierza . Istotne jest jednak to, co zamierza wywierać mechaniczny wpływ na nasz piezoelektrykwywierać mechaniczny wpływ na nasz piezoelektryk, aby , aby skutkiem tego było wytworzenie się swobodnych ładunków skutkiem tego było wytworzenie się swobodnych ładunków elektrycznych na jego powierzchni, a elektrycznych na jego powierzchni, a

w konsekwencji prądu.w konsekwencji prądu.

Jeśli istnieją głośniki piezoelektryczne, które działają na zasadzie Jeśli istnieją głośniki piezoelektryczne, które działają na zasadzie przetworników elektromechanicznych (energia powoduje dźwięk), przetworników elektromechanicznych (energia powoduje dźwięk), to istnieć musi efekt odwrotny. Kierujemy się nim w naszej to istnieć musi efekt odwrotny. Kierujemy się nim w naszej pracy, dlatego pracy, dlatego tworzymy własny przetwornik tworzymy własny przetwornik elektromechanicznyelektromechaniczny konwertujący energię, tym razem tę, którą konwertujący energię, tym razem tę, którą niesie ze sobą dźwięk, na energię elektryczną.niesie ze sobą dźwięk, na energię elektryczną.

10

Sam piezoelektryk nie zdołałby wygenerować tyle energii Sam piezoelektryk nie zdołałby wygenerować tyle energii by zasilić diodę. Trzeba więc ulepszyć układ i pobudzić by zasilić diodę. Trzeba więc ulepszyć układ i pobudzić przetwornik do drgań o większej amplitudzie. przetwornik do drgań o większej amplitudzie.

11

Założyliśmy więc, że piezoelektryk musi się znajdować na czymś Założyliśmy więc, że piezoelektryk musi się znajdować na czymś co będzie silnie drgało. co będzie silnie drgało.

Z doświadczenia wiemy, że metale wpadają w rezonanse Z doświadczenia wiemy, że metale wpadają w rezonanse z konkretnymi dźwiękami, wówczas najsilniej drgają. Stąd z konkretnymi dźwiękami, wówczas najsilniej drgają. Stąd pomysł na odbiornik energii dźwiękowej w postaci belki.pomysł na odbiornik energii dźwiękowej w postaci belki.

12

13

Główne założenie techniczne naszego projektu to skonstruowanie Główne założenie techniczne naszego projektu to skonstruowanie układu w którym belka z przyklejonym do niej piezoelektrykiem wpada układu w którym belka z przyklejonym do niej piezoelektrykiem wpada w rezonans z konkretnym dźwiękiem w paśmie widmowym hałasu, w rezonans z konkretnym dźwiękiem w paśmie widmowym hałasu, pobudzając piezoelektryk do drgań o większej amplitudzie, a pobudzając piezoelektryk do drgań o większej amplitudzie, a

w konsekwencji do wytworzenia większego napięcia na piezoelektryku w konsekwencji do wytworzenia większego napięcia na piezoelektryku potrzebnego do zasilenia diody. potrzebnego do zasilenia diody.

PiezoelektrykiPiezoelektryki•Do doświadczenia ze względów praktycznych wykorzystaliśmy Do doświadczenia ze względów praktycznych wykorzystaliśmy okrągły element piezoelektryczny stosowany w „buzzerach’’ okrągły element piezoelektryczny stosowany w „buzzerach’’

o parametrach:o parametrach:•- średnica blaszki 27mm,- średnica blaszki 27mm,•- średnica kryształu piezoelektrycznego 19mm.- średnica kryształu piezoelektrycznego 19mm.

14

Do elementu piezoelektrycznego należy przylutować przewody Do elementu piezoelektrycznego należy przylutować przewody odprowadzające ładunki.odprowadzające ładunki.

O ile przylutowanie przewodu do blaszki miedzianej jest stosunkowo O ile przylutowanie przewodu do blaszki miedzianej jest stosunkowo proste, to przy lutowaniu na powierzchni piezoelektryka, należy zwrócić proste, to przy lutowaniu na powierzchni piezoelektryka, należy zwrócić uwagę, aby temperatura lutowania nie była zbyt wysoka, ponieważ nie uwagę, aby temperatura lutowania nie była zbyt wysoka, ponieważ nie należy przegrzać warstwy piezoelektrycznej.należy przegrzać warstwy piezoelektrycznej.

15

Podczas drgania piezoelektryka, na końcach przewodów można Podczas drgania piezoelektryka, na końcach przewodów można zmierzyć napięcie, które jest napięciem zmiennym, zależnym od zmierzyć napięcie, które jest napięciem zmiennym, zależnym od wygięcia piezoelektryka. Przykładowy przebieg napięcia wygięcia piezoelektryka. Przykładowy przebieg napięcia generowanego przez piezoelektryk przedstawia rysunek.generowanego przez piezoelektryk przedstawia rysunek.

16

Jednym ze sposobów podawania wartości napięcia Jednym ze sposobów podawania wartości napięcia elektrycznego jest podawanie jego wartości skutecznej (RMS- elektrycznego jest podawanie jego wartości skutecznej (RMS- ang. Root Mean Square), która jest taką wartością prądu ang. Root Mean Square), która jest taką wartością prądu stałego, która w ciągu czasu równego okresowi prądu stałego, która w ciągu czasu równego okresowi prądu przemiennego spowoduje ten sam efekt cieplny, co dany sygnał przemiennego spowoduje ten sam efekt cieplny, co dany sygnał prądu przemiennego.prądu przemiennego.

W projekcie będziemy dążyli do uzyskania prądu stałego w celu W projekcie będziemy dążyli do uzyskania prądu stałego w celu skumulowania ładunku w superkondensatorze oraz skumulowania ładunku w superkondensatorze oraz wykorzystania skumulowanego ładunku przez diodę LED. wykorzystania skumulowanego ładunku przez diodę LED. Ponieważ zawsze będziemy mieli do czynienia z przebiegami Ponieważ zawsze będziemy mieli do czynienia z przebiegami o zmiennej amplitudzie, dlatego zawsze, gdy będziemy mówili o zmiennej amplitudzie, dlatego zawsze, gdy będziemy mówili o wartości prądu lub napięcia, będziemy mówili o ich o wartości prądu lub napięcia, będziemy mówili o ich wartościach skutecznych.wartościach skutecznych.

17

Przebiegi generowane przez drgający piezoelektryk są przebiegami Przebiegi generowane przez drgający piezoelektryk są przebiegami o wartościach dodatnich i ujemnych, dlatego polaryzację wartości o wartościach dodatnich i ujemnych, dlatego polaryzację wartości ujemnych musimy zmienić na dodatnią. W tym celu zastosowaliśmy ujemnych musimy zmienić na dodatnią. W tym celu zastosowaliśmy mostek Gretza. mostek Gretza.

18

Mostek Gretza Mostek Gretza jest to układ składający sie z czterech diod, dzięki jest to układ składający sie z czterech diod, dzięki którym prąd o zmiennym kierunku przepływu zostaje przekształcony którym prąd o zmiennym kierunku przepływu zostaje przekształcony

w prąd stały.w prąd stały.

W projekcie do zbudowania mostku Gretza użyliśmy czterech diod W projekcie do zbudowania mostku Gretza użyliśmy czterech diod prostowniczych o oznaczaniu 1N4001-DIO. Układ prostownika prostowniczych o oznaczaniu 1N4001-DIO. Układ prostownika zbudowaliśmy na płytce stykowej ze względu na łatwość modyfikacji zbudowaliśmy na płytce stykowej ze względu na łatwość modyfikacji

i brak konieczności uciążliwego lutowania. i brak konieczności uciążliwego lutowania.

19

Gdybyśmy nie zastosowali prostownika, magazyn energii byłby Gdybyśmy nie zastosowali prostownika, magazyn energii byłby ładowany prądem połówkowym, czyli jedynie wartościami dodatnimi. ładowany prądem połówkowym, czyli jedynie wartościami dodatnimi. Dzięki zastosowaniu mostka Gretza, wartości ujemne zostały Dzięki zastosowaniu mostka Gretza, wartości ujemne zostały „przekształcone” na dodatnie, dzięki czemu ładowanie naszego „przekształcone” na dodatnie, dzięki czemu ładowanie naszego magazynu będzie skuteczniejsze. magazynu będzie skuteczniejsze.

20

Magazyn energii

W projekcie jako magazyn energii wykorzystamy superkondensator, ponieważ posiada stosunkowo dużą pojemność elektryczną przy niskim napięciu pracy - 2,7V. Charakteryzuje się krótkim czasem ładowania i małą upływnością w stosunku do zwykłych kondensatorów elektrolitycznych.

21

Jako źródło hałasu wybraliśmy utwór „For Those About to Rock (We Salute You)” zespołu AC/DC. Utwór był odtwarzany z płyty analogowej przez kolumny głośnikowe o mocy 20W i paśmie przenoszenia 16 Hz- 20 kHz. Do identyfikacji dźwięku użyliśmy oprogramowania Audacity i notebooka

z wbudowanym mikrofonem. Nagranie 4 minutowe utworu umożliwiło nam stworzenie analizy widmowej nagranego dźwięku.

22

Z analizy wykonanych pomiarów wynika, że dźwięki o najwyższej Z analizy wykonanych pomiarów wynika, że dźwięki o najwyższej amplitudzie (mniejszej niż -12dB) odpowiadają częstotliwości amplitudzie (mniejszej niż -12dB) odpowiadają częstotliwości

w zakresie od 61-127Hz. Te dźwięki powinny dawać największy zysk w zakresie od 61-127Hz. Te dźwięki powinny dawać największy zysk energetyczny i staraliśmy się tak zbudować nasz układ, aby w tych energetyczny i staraliśmy się tak zbudować nasz układ, aby w tych zakresach częstotliwości działał najlepiej. Najwyższe punkty widoczne zakresach częstotliwości działał najlepiej. Najwyższe punkty widoczne na wykresie przyjmują następujące wartości: ‑8,2dB dla 68Hz; -8,3dB na wykresie przyjmują następujące wartości: ‑8,2dB dla 68Hz; -8,3dB dla 82Hz; -8,7dB dla 97Hz; -8,1dB dla 107Hz; -9,1dB dla 123Hz.dla 82Hz; -8,7dB dla 97Hz; -8,1dB dla 107Hz; -9,1dB dla 123Hz.

23

Aby przetworzyć energię zawartą w hałasie, element piezoelektryczny Aby przetworzyć energię zawartą w hałasie, element piezoelektryczny musieliśmy, jak już wspomnieliśmy, wprowadzić w drgania o jak musieliśmy, jak już wspomnieliśmy, wprowadzić w drgania o jak największej amplitudzie. Jako przekaźnik drgań posłużyła nam listwa, największej amplitudzie. Jako przekaźnik drgań posłużyła nam listwa, która dzięki odpowiedniej częstotliwości drgań spowodowanych przez która dzięki odpowiedniej częstotliwości drgań spowodowanych przez dźwięk wpadała w rezonans, przez co uzyskaliśmy największą energię dźwięk wpadała w rezonans, przez co uzyskaliśmy największą energię generowaną przez przyklejony do niej piezoelektryk. generowaną przez przyklejony do niej piezoelektryk.

24

Częstotliwość rezonansowa listwy jest zależna od wielu parametrów i może być wyznaczona według wzoru:

•gdzie:•t- grubość listwy,•W - szerokość listwy,•E - moduł Younga,•L - odległość od mocowania do ciężarka,•m - masa ciężarka,•mb - masa listwy.

25

Wykonaliśmy kilka prób z różnymi materiałami, problemem było dobranie modułu Younga, dlatego wybraliśmy listwę aluminiową, ze względu na łatwą dostępność i w miarę pewne parametry.

Jak wspominaliśmy wcześniej, dobraliśmy parametry listwy w taki sposób, by jej częstotliwość rezonansowa znajdowała się w zakresie między 61-127Hz.

26

Wybraliśmy belkę o długości 15,3 cm, gdyż dla tej częstotliwości Wybraliśmy belkę o długości 15,3 cm, gdyż dla tej częstotliwości powinna być jedna z najwyższych amplitud (częstotliwość powinna być jedna z najwyższych amplitud (częstotliwość rezonansowa 68 Hz). Do belki przykleiliśmy element rezonansowa 68 Hz). Do belki przykleiliśmy element piezoelektryczny. Całość przymocowaliśmy do ciężkiej stabilnej piezoelektryczny. Całość przymocowaliśmy do ciężkiej stabilnej podstawy.podstawy.

Do obliczeń przyjęliśmy następujące parametry belki: Do obliczeń przyjęliśmy następujące parametry belki:

27

Jak wspomnieliśmy listwę z przyklejonym piezoelektrykiem przymocowaliśmy za pomocą imadła do stabilnej podstawy, w celu uniknięcia przenoszenia drgań na inne elementy.

28

Piezoelektryk został podłączony do mostka Gretza, za którym Piezoelektryk został podłączony do mostka Gretza, za którym zamontowaliśmy kondensator o pojemności 3,3 μF w celu zamontowaliśmy kondensator o pojemności 3,3 μF w celu „wygładzenia” napięcia stałego oraz diodę LED o małej mocy.„wygładzenia” napięcia stałego oraz diodę LED o małej mocy.

C

LED

PIEZO

29

Jako źródło dźwięku wykorzystaliśmy generator funkcji TG4001 podłączony do Jako źródło dźwięku wykorzystaliśmy generator funkcji TG4001 podłączony do wzmacniacza gitarowego o mocy 40W. Za pomocą generatora wytwarzaliśmy wzmacniacza gitarowego o mocy 40W. Za pomocą generatora wytwarzaliśmy dźwięk ręcznie zmieniając jego częstotliwość w zakresie od 1-150Hz, dzięki dźwięk ręcznie zmieniając jego częstotliwość w zakresie od 1-150Hz, dzięki czemu mogliśmy uzyskać charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową czemu mogliśmy uzyskać charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową badanego układu drgającego badanego układu drgającego

i dzięki temu wyznaczyć częstotliwość, dla której amplituda drgań osiąga i dzięki temu wyznaczyć częstotliwość, dla której amplituda drgań osiąga największą wartość, zakładając, że zgodnie największą wartość, zakładając, że zgodnie

z wcześniejszymi wyliczeniami rezonans powinien nastąpić przy częstotliwości z wcześniejszymi wyliczeniami rezonans powinien nastąpić przy częstotliwości 68Hz. Pomiary napięcia na piezoelektryku wykonaliśmy przy użyciu 68Hz. Pomiary napięcia na piezoelektryku wykonaliśmy przy użyciu oscyloskopu TDS 2012C.oscyloskopu TDS 2012C.

30

31

Obliczenia teoretyczne zweryfikowaliśmy empirycznie podłączając listwę o Obliczenia teoretyczne zweryfikowaliśmy empirycznie podłączając listwę o długości długości 15,3cm15,3cm z przyklejonym piezoelektrykiem do oscyloskopu. z przyklejonym piezoelektrykiem do oscyloskopu. Źródło, w naszym przypadku głośnik, podpięliśmy do generatora funkcji Źródło, w naszym przypadku głośnik, podpięliśmy do generatora funkcji sinusoidalnej. Po wygenerowaniu częstotliwości od 16Hz do 128Hz sinusoidalnej. Po wygenerowaniu częstotliwości od 16Hz do 128Hz i zmierzeniu sygnału generowanego przez piezoelektryk zauważyliśmy, i zmierzeniu sygnału generowanego przez piezoelektryk zauważyliśmy, że największa wartość generowanego napięcia występuje przy drganiach że największa wartość generowanego napięcia występuje przy drganiach o częstotliwości o częstotliwości 72Hz72Hz a nie jak wyliczyliśmy 68Hz. a nie jak wyliczyliśmy 68Hz.

Błąd pomiarowy Błąd pomiarowy to to 2,6%2,6% może być spowodowany niedokładnym może być spowodowany niedokładnym pomiarem długości listwy lub zmianą wartości modułu Younga, gdyż po pomiarem długości listwy lub zmianą wartości modułu Younga, gdyż po przyklejeniu piezoelektryka do listwy, mogła zmienić się jej sztywność.przyklejeniu piezoelektryka do listwy, mogła zmienić się jej sztywność.

32

Znając częstotliwość rezonansową, całość podłączyliśmy do mostka Znając częstotliwość rezonansową, całość podłączyliśmy do mostka Gretza, gdzie odbiornikiem była dioda LED. Gretza, gdzie odbiornikiem była dioda LED. Po uruchomieniu całego Po uruchomieniu całego układu i wygenerowaniu sygnału 72Hz na wyjściu mostka układu i wygenerowaniu sygnału 72Hz na wyjściu mostka uzyskaliśmy napięcie pulsujące o wartości około uzyskaliśmy napięcie pulsujące o wartości około 1,5V1,5V, które , które powodowało delikatne mruganie diody LED. powodowało delikatne mruganie diody LED.

33

Aby ustabilizować napięcie, równolegle do diody LED wpięliśmy kondensator Aby ustabilizować napięcie, równolegle do diody LED wpięliśmy kondensator

o pojemności 3,3μF. Kondensator dość szybko się ładuje stabilizując napięcie na o pojemności 3,3μF. Kondensator dość szybko się ładuje stabilizując napięcie na wyjściu mostka prostowniczego do około 1,3V. Wykonaliśmy również pomiar bez wyjściu mostka prostowniczego do około 1,3V. Wykonaliśmy również pomiar bez obciążenia, napięcie wynosiło wówczas 3,71V.obciążenia, napięcie wynosiło wówczas 3,71V.

34

W rezultacie naszych prac udało nam się uzyskać W rezultacie naszych prac udało nam się uzyskać widoczne gołym okiem efekty odzyskiwania energii z widoczne gołym okiem efekty odzyskiwania energii z hałasu. Może nie są to wartości spektakularne, lecz przy hałasu. Może nie są to wartości spektakularne, lecz przy rozbudowaniu urządzenia o kilka układów drgających, rozbudowaniu urządzenia o kilka układów drgających, stworzenie stosu piezoelektrycznego, można by osiągnąć stworzenie stosu piezoelektrycznego, można by osiągnąć

o wiele lepsze rezultaty. o wiele lepsze rezultaty.

35

Podczas wykonywania projektu, na początku jako belkę drgającą Podczas wykonywania projektu, na początku jako belkę drgającą wybraliśmy kawałek sprężyny z miary zwijanej. Wydawało nam wybraliśmy kawałek sprężyny z miary zwijanej. Wydawało nam się, że jest to dość sprężysty materiał, który dość łatwo będzie się, że jest to dość sprężysty materiał, który dość łatwo będzie można wprowadzić w drgania. Po zmierzeniu parametrów można wprowadzić w drgania. Po zmierzeniu parametrów blaszki i przyklejeniu piezoelektryka - wyliczyliśmy częstotliwość blaszki i przyklejeniu piezoelektryka - wyliczyliśmy częstotliwość drgań własnych przy założeniu, że blaszka wykonana jest ze drgań własnych przy założeniu, że blaszka wykonana jest ze stali. Wyniki obliczeń wskazały, iż częstotliwość drgań własnych stali. Wyniki obliczeń wskazały, iż częstotliwość drgań własnych układu przy długości listwy 5,9cm, szerokości 1,08cm i grubości układu przy długości listwy 5,9cm, szerokości 1,08cm i grubości 0,14mm z przyklejonym piezoelektrykiem o masie 1g, będzie 0,14mm z przyklejonym piezoelektrykiem o masie 1g, będzie wynosiła 14Hz. Jednak po podłączeniu do źródła dźwięku wynosiła 14Hz. Jednak po podłączeniu do źródła dźwięku

i wyznaczeniu charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej, i wyznaczeniu charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej, zauważyliśmy, iż drgania własne w rzeczywistości występują zauważyliśmy, iż drgania własne w rzeczywistości występują przy częstotliwości 44Hz. przy częstotliwości 44Hz.

36

W wyniku tego doświadczenia stwierdziliśmy, iż listwa, którą początkowo W wyniku tego doświadczenia stwierdziliśmy, iż listwa, którą początkowo przyjęliśmy jako stalową, jest wykonana z zupełnie innego materiału, więc przyjęliśmy jako stalową, jest wykonana z zupełnie innego materiału, więc przyjęte przez nas wartości modułu Younga i gęstości były błędne. przyjęte przez nas wartości modułu Younga i gęstości były błędne. Spostrzegliśmy również, że masa przyklejonego piezoelektryka jest tylko o 0,2g Spostrzegliśmy również, że masa przyklejonego piezoelektryka jest tylko o 0,2g mniejsza od masy listwy, zaś grubość blaszki mosiężnej (na którą naniesiony mniejsza od masy listwy, zaś grubość blaszki mosiężnej (na którą naniesiony jest materiał piezoelektryczny) wynosi 0,15mm, czyli jest praktycznie taka sama jest materiał piezoelektryczny) wynosi 0,15mm, czyli jest praktycznie taka sama jak grubość listwy. Powoduje to całkowitą zmianę sztywności całego układu, a jak grubość listwy. Powoduje to całkowitą zmianę sztywności całego układu, a w konsekwencji tak dużą różnicę w zakresie częstotliwości drgań własnych, w konsekwencji tak dużą różnicę w zakresie częstotliwości drgań własnych, pomiędzy tymi które wyliczyliśmy, a które zmierzyliśmy doświadczalnie.pomiędzy tymi które wyliczyliśmy, a które zmierzyliśmy doświadczalnie.

37

Ponadto, napięcie generowane na piezoelektryku, przy Ponadto, napięcie generowane na piezoelektryku, przy częstotliwości drgań własnych układu, wynosiło jedynie około częstotliwości drgań własnych układu, wynosiło jedynie około 130mV, co 130mV, co wiązało się z brakiem możliwości naładowania wiązało się z brakiem możliwości naładowania jakiegokolwiek kondensatora do wartości napięcia jakiegokolwiek kondensatora do wartości napięcia umożliwiającej jego wykorzystanie. umożliwiającej jego wykorzystanie.

38

Innym problemem, jaki napotkaliśmy w tym przypadku, był brak możliwości Innym problemem, jaki napotkaliśmy w tym przypadku, był brak możliwości wyprostowania sygnału o tak niskich wielkościach. Każda dioda zaczyna wyprostowania sygnału o tak niskich wielkościach. Każda dioda zaczyna przewodzić prąd dopiero po osiągnięciu tak zwanego napięcia przewodzenia, przewodzić prąd dopiero po osiągnięciu tak zwanego napięcia przewodzenia, zwykle oznaczanego Uf Wielkość tego napięcia jest zależna od materiału z zwykle oznaczanego Uf Wielkość tego napięcia jest zależna od materiału z jakiego wykonana jest dioda. Przyjmuje się, iż diody wykonane z krzemu mają jakiego wykonana jest dioda. Przyjmuje się, iż diody wykonane z krzemu mają napięcie przewodzenia 0,5-0,7V, natomiast diody germanowe 0,2-0,4V. napięcie przewodzenia 0,5-0,7V, natomiast diody germanowe 0,2-0,4V. Analizując sposób działania mostka Gretza widzimy, że prostowany prąd płynie Analizując sposób działania mostka Gretza widzimy, że prostowany prąd płynie zawsze przez 2 diody prostownicze. W związku z tym, aby mostek mógł zawsze przez 2 diody prostownicze. W związku z tym, aby mostek mógł zadziałać, musimy przyłożyć do niego napięcie równe podwójnej wartości zadziałać, musimy przyłożyć do niego napięcie równe podwójnej wartości napięcia przewodzenia diody, czyli w najlepszym przypadku 0,4V.napięcia przewodzenia diody, czyli w najlepszym przypadku 0,4V.

Opisane powyżej problemy przekonały nas do zmiany materiału użytego Opisane powyżej problemy przekonały nas do zmiany materiału użytego w doświadczeniach. w doświadczeniach. 39

40

41

42

Pozyskiwanie energii we wszystkich Pozyskiwanie energii we wszystkich miejscach, gdzie emitowany jest hałas.miejscach, gdzie emitowany jest hałas.

Możliwość rozwoju urządzenia dzięki Możliwość rozwoju urządzenia dzięki zwiększeniu jego użyteczności.zwiększeniu jego użyteczności.

Pozyskiwanie energii w ekologiczny Pozyskiwanie energii w ekologiczny sposób.sposób.

Generowanie niewielkiej energii Generowanie niewielkiej energii poprzez układ.poprzez układ.

Gdyby spojrzeć na sprawę natężenia dźwięku z Gdyby spojrzeć na sprawę natężenia dźwięku z szerszej perspektywy, miejsc na wykorzystanie szerszej perspektywy, miejsc na wykorzystanie tego ,,akustopiezokonwertera” jest wręcz nieskończenie tego ,,akustopiezokonwertera” jest wręcz nieskończenie wiele, od lotnisk, przez centra handlowe, aż do sal wiele, od lotnisk, przez centra handlowe, aż do sal dyskotekowych – dyskotekowych – ze wszystkich tych miejsc, gdzie jest ze wszystkich tych miejsc, gdzie jest hałas, możemy czerpać energię! hałas, możemy czerpać energię! Każdy dźwięk niesie ze Każdy dźwięk niesie ze sobą jakąś energię, więc gdyby czułość podobnego sobą jakąś energię, więc gdyby czułość podobnego urządzenia została zwiększona, urządzenia została zwiększona, moglibyśmy go moglibyśmy go wykorzystywać praktycznie wszędziewykorzystywać praktycznie wszędzie, nawet do zasilania , nawet do zasilania niewielkich urządzeń domowych, telefonów itp. nie niewielkich urządzeń domowych, telefonów itp. nie deformując, deformując, nie nadużywając w żaden sposób środowiskanie nadużywając w żaden sposób środowiska,, co więcej co więcej ratując i oszczędzając jeratując i oszczędzając je przed innymi, przed innymi, wyniszczającymi środkami pozyskiwania energii.wyniszczającymi środkami pozyskiwania energii.

43

Paradoksalnie efekt piezoelektryczny, Paradoksalnie efekt piezoelektryczny, mimo że znany od tylu pokoleń, cieszy się mimo że znany od tylu pokoleń, cieszy się nieustannym zainteresowaniem, gdyż w dobie nieustannym zainteresowaniem, gdyż w dobie naszych czasów, ogromnego zapotrzebowania naszych czasów, ogromnego zapotrzebowania energetycznego, jest doskonałym sposobem na energetycznego, jest doskonałym sposobem na pozyskiwanie energii. Wyobraźmy sobie pozyskiwanie energii. Wyobraźmy sobie piezoelektryczne chodniki, parkiety dyskotekowe piezoelektryczne chodniki, parkiety dyskotekowe itp. itp. Efekt ten uświadamia nam, że energia jest Efekt ten uświadamia nam, że energia jest wszędzie, co więcej jest ogólnie dostępna, wszędzie, co więcej jest ogólnie dostępna, wystarczy tylko na nią krzyknąć. wystarczy tylko na nią krzyknąć.

44

45

LITERATURA PODMIOTU:

1. Bożena Hilczer, Jerzy Małecki: Elektrety i piezopolimery. Warszawa: Wydawnictwo1. Bożena Hilczer, Jerzy Małecki: Elektrety i piezopolimery. Warszawa: Wydawnictwo

Naukowe PWN, 1992. ISBN 83-01-10612-3, str. 304 - 328Naukowe PWN, 1992. ISBN 83-01-10612-3, str. 304 - 328

2. Powszechna encyklopedia PWN © Wydawnictwo Naukowe PWN SA2. Powszechna encyklopedia PWN © Wydawnictwo Naukowe PWN SA

3. Zagadnienia fizyki dielektryków, praca zbiorowa pod redakcją Teodora3. Zagadnienia fizyki dielektryków, praca zbiorowa pod redakcją Teodora

Krajewskiego, WKŁ, Warszawa 1970, str. 13 - 123Krajewskiego, WKŁ, Warszawa 1970, str. 13 - 123

LITERATURA PRZEDMIOTU:LITERATURA PRZEDMIOTU:

1. http://winntbg.bg.agh.edu.pl/rozprawy/9755/full9755.pdf1. http://winntbg.bg.agh.edu.pl/rozprawy/9755/full9755.pdf

2. http://elektronikab2b.pl/technika/18410-elementy-piezoelektryczne-apiezorezystywne2. http://elektronikab2b.pl/technika/18410-elementy-piezoelektryczne-apiezorezystywne

3. http://www.e-spawalnik.pl/?krotka-teoria-piezoelektrycznosci,2633. http://www.e-spawalnik.pl/?krotka-teoria-piezoelektrycznosci,263

4. http://www.ozewortal.pl/files/artykuly/smart_grid_superkondensatory.pdf4. http://www.ozewortal.pl/files/artykuly/smart_grid_superkondensatory.pdf

5. Comparison between four piezoelectric energy harvesting circuits, J Qiu, H Jiang,5. Comparison between four piezoelectric energy harvesting circuits, J Qiu, H Jiang,H Ji, K Zhu - Frontiers of Mechanical Engineering in China, 2009 - Springer.H Ji, K Zhu - Frontiers of Mechanical Engineering in China, 2009 - Springer.

http://www.researchgate.net/publication/226879630_Comparison_between_four_piezoehttp://www.researchgate.net/publication/226879630_Comparison_between_four_piezoe

lectric_energy_harvesting_circuits/file/79e4150d4720ac2fb7.pdflectric_energy_harvesting_circuits/file/79e4150d4720ac2fb7.pdf

6. http://www.skaczmarek.ps.pl/Wyk6_el.pdf6. http://www.skaczmarek.ps.pl/Wyk6_el.pdf

7. http://www.mt.com.pl/piezoelektrycznosc7. http://www.mt.com.pl/piezoelektrycznosc

46

MACIEJMACIEJ MAZURMAZUR PIOTR PIKIEWICZ PIOTR PIKIEWICZ

I LO IM. W. ŁUKASIŃSKIEGO W DĄBROWIE GÓRNICZEJI LO IM. W. ŁUKASIŃSKIEGO W DĄBROWIE GÓRNICZEJOPIEKUN: mgr Jadwiga Bochenek-MarkiewiczOPIEKUN: mgr Jadwiga Bochenek-Markiewicz