Какое напряжение в пьезоэлементе зажигалки

Пьезо-зажигалка. На чём основан принцип действия? Там нужна батарейка?

Как правильно говорить? Пьезо или пьезоэлектрическая?

На каком принципе работает? Нужна ли смена батарейки?

Куда батарейку вставлять?

Сколько времени прослужит?

Это выгоднее, чем покупать спички?

Принцип работы пьезозажигалки подробно изложен предыдущими ораторами. Поэтому останавливаться на нём я не буду.

Рассмотрим сопутствующие вопросы.

• Зажигалка, изображённая автором вопроса, правильно называется пьезозажигалкой. Первая часть этого сложносоставного слова “пьезо-” в переводе с греческого означает “давлю”. Она пишется слитно со второй частью слова, как и аналогичные слова “пьезомагнетизм”, “пьезометр” и пр. Из сказанного как раз и следует, что принцип работы этого устройства основан на давлении.
• Пьезозажигалка предназначена в первую очередь для розжига горелки газовой плиты. Поэтому использовать по другому назначению затруднительно. Например, прикурить от нее невозможно.
• Данный вариант зажигалки для газа имеет вполне дееспособных конкуренток в лице электрической и работающей от батареек. Различия между всеми тремя и общее между ними подробно рассмотрены в этом вопросе.
• Пьезоэлемент, входящий в состав данной зажигалки, достаточно долговечен. Может работать многие годы. Поэтому прибор чаще меняют не по причине изношенности пьезоэлемента, а вследствие потери ею “товарного” вида. Использование на кухне приводит к появлению на приборе жирных пятен, подтеков, других загрязнений.
• Теперь попробуем сравнить эффективность этой зажигалки и спичек. Что будет экономичнее. Условимся считать, что реальный срок службы этой зажигалки 5 лет. Цена порядка 300руб. Теперь о спичках. По ГОСТУ СССР в одном коробке допускалось наличие 45 спичек в среднем. При этом не менее 38, а верхний предел не лимитировался. Возьмем за основу число 40шт. Правда, насколько ныне соблюдаются советские ГОСТы даже в таком случае, вопрос риторический. Но тем не менее. Думаю, что буду недалек от истины, что семья из 3-х человек в течение суток будет разжигать газ примерно 10 раз в среднем. Тогда коробка спичек хватит на 4 дня. На год ориентировочно 90 коробков. На 5 лет — 450. при нынешней цене в 3руб за коробок затраты составят примерно 1350руб. Получается, что пьезозажигалка примерно в 4 раза экономичнее спичек.

В пьезозажигалке нет батареек.

Там установлен пьезоэлемент. Это такая штука, которая при давлении вырабатывает электричество. Прямой и обратный пьезоэффекты открыты в 1880-1881 гг. Жаком и Пьером Кюри. При деформации какой-то материал образует на своей поверхности электрический заряд. Либо под влиянием внешнего электрического поля материал деформируется. В зажигалке имеем первый вариант, обратный пьезоэффект. При нажатии на кнопку установленный под нею кристаллик кварца деформируется и бахает электричеством. Импульс напряжения порядка десятков тысяч вольт. Как от статики на синтетической одежде. Практически мгновенный, низкого тока. Сделать неприятно или поджечь газ хватает.

Собственно, газ и горит.

Зажигалка на фото, видимо, кухонная, так что собственный запас газа ей не нужен. Достаточно включить плиту, поместить сопло зажигалки в поток газа над рассекателем и щёлкнуть. Но вообще пьезозажигалки часто снабжаются баллоном. При нажатии на гашетку активируется пьезоэлемент и одновременно открывается клапан, выпускающий газ. Такие зажигалки можно перезаправлять. Покупаете в хозмаге баллончик с газом для зажигалок, втыкаете его в штуцер зажигалки и надавливаете. Ждёте секунд 15-20. Баллон должен быть сверху, зажигалка снизу.

Пьезокерамические источники высокого напряжения

Нет недостатка в сенсационных публикациях, приписывающих чудодейственные возможности пьезоэлектричеству. Вот, к примеру, цитата: «Два года назад несколько физиков попытались заново решить формальную задачку: как механическую энергию человека преобразовать в киловатты электрической. Так на свет появился пьезоэлектрический генератор. Сначала первого поколения, потом второго, сегодня в лаборатории уже испытывают восьмую версию. Лёгкое нажатие на генератор и: «Гори оно всё огнём». …и когда всё будет окончательно готово произойдёт своеобразная революция в области альтернативных видов энергии». (teros.org.ru).

То, что пьезоэлемент не является источником энергии, — очевидно. Ясно также и то, что как преобразователь механической энергии в электрическую, революцию в энергетике он не произведёт. Ведь к чему сводятся идеи использовать пьезогенераторы в кроссовках, в асфальте, в эспандере, на ногах балерины, чтобы ток давала? Всё это сводится к тому, чтобы получить нетрадиционный электрический ток за счёт механической работы (кстати, с крайне низким кпд), которая, в свою очередь, совершается за счёт сжигания традиционного топлива и съёдания традиционной картошки. Пьезогенератор это преобразователь, но никак не источник электроэнергии. Как преобразователь он занимает достойное место в технике в качестве источника электрических зарядов, источника высокого напряжения для целей воспламенения, контроля изоляции и многих других. В некоторых случаях целесообразно применение в качестве микромощных источников питания. В этой статье речь пойдёт о пьезогенераторах, предназначенных для искрообразования и создания электрических зарядов.

Немного теории

Чтобы понять работу устройства, основной частью которого является пьезогенератор, не требуются обширные теоретические сведения. Достаточно знать лишь две величины, характеризующие пьезоэлектрический материал. Это диэлектрическая проницаемость, поскольку от неё зависит ёмкость пьезоэлемента, и пьезоэлектрический модуль. Пьезомодуль определяет величину электрического заряда на электродах пьезоэлемента при приложении к ним единицы силы. Пьезокерамика описывается тремя пьезомодулями, в зависимости от ориентации прилагаемой силы относительно полярной оси пьезокерамического образца. Нас будет интересовать пьезомодуль />Первый подстрочный индекс означает, что полярная ось направлена вдоль оси 3 или Z системы координат (перпендикулярно электродам). Второй индекс говорит, что действующая сила направлена вдоль той же оси. При такой взаимной ориентации пьезоэффект наиболее выражен. Пьезомодуль />по величине больше, чем пьезомодули, отвечающие другим комбинациям направлений. Для прямого пьезоэффекта пьезомодуль имеет размерность «К/Н» (кулон:ньютон), а его величина, в зависимости от марки пьезокерамики, находится в интервале от 200 до 500 пикокулон/ньютон (10 -12 К/Н). Пьезомодуль – это характеристика материала. Это означает, что если мы изготовим пьезоэлемент из пьезокерамики с пьезомодулем, например, 240*10 -12 К/Н, то, какие бы ни были размеры пьезоэлемента, какой бы он ни был формы, каким бы образом ни прикладывали силу, то ли в точке, то ли она распределена по всей поверхности электрода, мы всегда получим на электродах заряд 240 пикокулон, если приложим силу 1 ньютон. Какое же при этом будет напряжение на электродах пьезоэлемента? Воспользуемся известной формулой:

(1)

Из формулы следует, что напряжение уже зависит от размеров пьезоэлемента, так как входящая в формулу ёмкость C является функцией межэлектродного расстояния и площади электродов. Легко проверить, что в этом примере, положив ёмкость равной 40 пикофарадам (это ёмкость пьезоэлементов пьезозажигалки), получим, что напряжение при силе 1Н будет равно 6В. Если действовать силой 1000Н (100кГ), получим 6 кВ.

Этих сведений вполне достаточно, чтобы проанализировать работу пьезогенератора. Сделаем это на примере пьезоэлектрической зажигалки.

Как работает пьезоэлектрическая зажигалка?

Речь пойдёт о пьезозажигалке нажимного действия, которая по ходу своей клавиши выдаёт серию искр. Есть зажигалки ударного действия, которые выдают одиночную искру при приведении в действие ударного механизма. Пьезоэлектрическая зажигалка – это пример, пожалуй, самого удачного применения пьезогенератора. Это один из самых популярных бытовых приборов в жилищах, оборудованных газовыми плитами для приготовления пищи. Они надёжны, долговечны, не требуют никакого обслуживания и всегда готовы к использованию. На рис.1 представлено фотоизображение раскрытой пьезозажигалки с пьезогенератором. Не будем останавливаться на описании конструкции

Рис.1. Пьезозажигалка в раскрытом виде с пьезогенератором

пьезогенератора, так как в нём нет ничего, выходящего за рамки интеллектуального наследия Архимеда, а рассмотрим упрощённую модель пьезогенератора, изображённую на рис.2. Она представляет собой опору с рычагом, позволяющим прикладывать

значительное усилие на пьезоэлементы. Пьезоэлементы, имеющие форму сплошного цилиндра с электродами на торцевых поверхностях, поставлены друг на друга и вследствие этого подвергаются действию одной и той же силы. Пьезоэлементы ориентированы так, что на электродах соприкасающихся поверхностей наводится заряд одного знака, а на противоположных – другого знака. Противоположные электроды электрически замкнуты элементами рычажного механизма. В таких условиях пьезоэлементы оказываются соединёнными электрически параллельно. Выведем от соприкасающихся электродов токовод с наконечником, желательно, с закруглённым концом и расположим наконечник на некотором расстоянии от металлического основания. Теперь, при нажатии на рычаг, произойдёт пробой воздушного промежутка между наконечником и основанием. Надавив на рычаг сильней можно «высечь» вторую искру, третью и так далее, пока не разрушим пьезоэлементы. Таков, на первый взгляд простой, принцип действия пьезозажигалки. Однако можно посмотреть на это устройство более пристально. Это мы сделаем поставив несколько вопросов и задач. Ответы на них могут оказаться неожиданными.

1. Почему пьезозажигалка издаёт характерный треск при искрении? Это звук маленьких грозовых разрядов? Нет, хотя эти разряды тоже издают звук, но очень слабый. Сделаем умозрительный эксперимент на модели пьезоэлемента, обратившись к рис.3. Модель включает в себя сильную пружину1, которую можно сжимать, надавливая на платформу3. Имеются дугообразные, более слабые, пружинки2. Почему дугообразные и почему их две – не имеет значения. Просто для красоты рисунка. В экспериментальном наборе имеется множество дугообразных пружинок разной длины, потому что они быстро

ломаются. В исходном состоянии, когда сила равна нулю, подберём две дугообразные пружинки с расстоянием между концами равном расстоянию между платформой и нижним основанием и вставим их, как показано на рисунке. Теперь начнём наращивать усилие сверху. Пружины начнут сжиматься противодействуя силе. Основную нагрузку берёт на себя главный атлант – пружина1. Ей помогают дугообразные пружинки. Но вот, в некоторый момент, дугообразные пружинки ломаются. Атлант остаётся без помощников и резко проседает, дабы мобилизовать дополнительную силу своей упругости и, тем самым, уравновесить внешнюю. В этот же момент мы вставляем новую пару дугообразных пружинок, но уже с меньшим расстоянием между концами, соответствующим новой высоте платформы над основанием. Теперь у сильной пластины вновь два более слабых помощника. Но и они, получив определённую деформацию, также ломаются. Сильная пружина вновь резко проседает и так далее. Затем приостановим этот процесс и, перед тем, как снять внешнее усилие, вставим самые короткие дугообразные пружинки. И не просто вставим, а приклеим их в точках касания. Теперь, будучи свободной от внешней силы, большая пружина начинает ход вверх, растягивая маленькие пружинки. Маленькие пружинки при растяжении также ломаются, а мы ухитряемся их мгновенно заменять и приклеивать. Наконец, большая пружина остановила свой ход, но исходной высоты не достигла, так как последняя пара пружинок не поломалась. Мы их доломаем, и тогда пружина и платформа вернутся в исходное положение. Так что на обратном ходе самостоятельных поломок меньше.

Что же в пьезоэлементе является аналогом сильной и слабой пружин? Что понимается под поломкой слабой пружины? Вообще любое твёрдое тело это пружина. Правда, её ход очень мал и, согласно нашей аналогии, это сильная пружина. Пьезоэлемент это тоже сильная пружина, но в нём, в отличие от обычных твёрдых тел, имеется и слабая пружина. Сжимая обычное твёрдое тело, мы затрачиваем работу на увеличение потенциальной энергии упругости. Сжимая пьезоэлемент, мы также трудимся на увеличение потенциальной энергии, но, кроме этого, создаём в образце электрическое поле, которое также обладает потенциальной энергией. В приведенной выше аналогии можно вообще не вставлять дугообразные пружинки. Тогда сильную пружину будет легче сжать. В пьезоэлементе, то же самое, можно исключить появление электрического поля, закоротив электроды, и также его будет легче сжать.

Теперь обратимся к предыдущему рис.2. Пусть наконечник токовода находится на расстоянии миллиметра четыре (как у пьезозажигалки) от массы рычажного механизма. В этом разрядном промежутке возникнет искровой пробой, если напряжение достигнет, приблизительно, 3000 вольт. Что произойдёт в момент пробоя? Напряжение упадёт, практически, до нуля, исчезнет электрическое поле и соответствующая сила, противодействующая внешней силе через рычаг. Это поломалась дугообразная пружинка в приведенной аналогии. Пьезоэлемент при этом «просел». Конечно, он сократился по длине крайне незначительно, но этот механический импульс передался всему, находящемуся в напряжённом состоянии, рычажному механизму. Механизм издал звук, щелчёк. Одновременно звуковой импульс пошёл и от «микромолнии», но он гораздо слабее. Ему можно поставить в соответствие звук поломавшейся дугообразной пружинки. Продолжим давить на рычаг. Вновь появляется электрическое поле и напряжение на электродах. Это произошла автоматическая замена дугообразных пружинок. Происходит второй разряд и соответствующий звук-щелчёк от механизма. При свободном обратном ходе клавиши зажигалки искрение происходит за счёт запасённой потенциальной энергии упругости пьезоэлемента (сильной пружины), но полярность напряжения будет обратная и количество искр будет, как и у модели, меньше. Подобно тому, как мы доломали последнюю пружинку, доразрядим пьезоэлемент, закоротив электроды.

Ответ на первый вопрос вышел довольно пространный, но зато попутно получилось толкование одного из основных положений пьезоэлектричества. Далее решения будут более короткими.

2. Какова мощность разряда пьезоэлемента? Сделать точный расчёт крайне затруднительно, да и не имеет смысла, а оценить порядок величины любопытно. Мощность тока искры это квадрат напряжения, делённый на сопротивление разрядного промежутка. Напряжение, конечно, меняется за время существования разряда от 3000 вольт до, почти, нуля.. Поэтому возьмём среднее значение 1500 вольт Но какое же сопротивление у разрядного промежутка? Мы его грубо оценим в 1 Ом, так как было замечено, что увеличение сопротивления токовода до 1 Ома уменьшает яркость искры. Теперь делаем расчёт.

мегаватт.

Может быть реальная величина отличается от этого результата, тем не менее порядок величины – миллион!

Подойдём к этому вопросу с другой стороны. По своему определению мощность – это работа за единицу времени. Так и поступим, предварительно вычислив энергию, которая расходуется на работу тока в разрядном промежутке.

3. Какова энергия, потраченная на искровой разряд? Это энергия электрического поля пьезоэлемента. Вычислим её по формуле:

микроджоулей.

Этот результат ещё обсудим, а сейчас продолжим расчёт мощности. Нам не хватает продолжительности существования разряда. Определим это время как удвоенную постоянную времени RC-цепочки, когда напряжение на пьезоэлементе уменьшится на порядок.

наносекунды.

Разделив работу тока на время его протекания, получим следующее значение мощности:

киловатт.

Несмотря на определённый произвол в оценке данных результат получился такого же порядка величины.

4. Каков кпд пьезогенератора зажигалки? Полезная работа вычислена в предыдущем пункте, однако её надо взять на порядок больше, то есть 600 микроджоулей, так как при движении рычага зажигалка выдаёт до 10 искр. Затраченную работу вычислим как произведение хода клавиши (2см) на силу её сжатия. Сила линейно меняется от 0 до 5кГ. Её легко измерить с помощью бытового безмена. В расчёте следует взять среднее значение, 2,5кГ (25Н). Умножив 25Н на 0,02м получим 0,5 дж. Тогда кпд будет равен 1,2*10 -3

5. Сколько тепла выделяет искра? В нашем случае задача искры – поджечь газ. Не всякая искра может поджечь газ, хотя температура в канале разряда, судя по спектральному содержанию, видимо, мало отличается, будь то зажигалка или грозовая молния. Это, примерно, 10000 о К. Для поджига требуется некое критическое количество массы вещества, нагретого до температуры воспламенения, 2 – 3 тысячи градусов. Так, массы пламени спички явно недостаточно, чтобы разжечь костёр из крупных поленьев. В пункте 3 мы выяснили, что энергия искры порядка 60 микроджоулей. Посмотрим, на сколько повысится температура 1см 3 воды, если она получит 60 микроджоулей тепла. Теплоёмкость воды С=4.18 дж/грамм градус. Тогда повышение температуры составит:

,

четырнадцать миллионных долей градуса! На сколько же повысится температура такого же объёма воздуха? Его теплоёмкость 1дж/грамм градус. Масса 1см 3 почти равна 10 -3 г, один миллиграмм. Повышение температуры 1см 3 воздуха составит:

.

А кубического миллиметра? – на 60 о . Легко вычислить объём искрового канала, так как его температура известна, 10000 о К? Очевидно, его объём 0,006мм 3 . Площадь сечения разрядного промежутка при его длине 4мм – 0,0015мм 2 . Тогда диаметр канала (»толщина» искры) будет равен 44 микронам. Штангенциркулем не измерить. Плазма в разрядном промежутке, имея объём шесть тысячных кубического миллиметра, надёжно поджигает газовоздушную смесь. Если разрядный промежуток уменьшить вдвое, то легко определить, что в этом случае объём плазмы уменьшится в четыре раза и составит 15 десятитысячных кубического миллиметра. Такой объём плазмы не обеспечивает надёжного воспламенения. Если разрядный промежуток уменьшить ещё вдвое, то воспламенить газовоздушную смесь будет уже невозможно.

Источник высокого напряжения

Рассмотрим иную задачу, когда не требуется расходовать пьезоэлектрическую энергию на искрообразование, а ставится цель получить возможно более высокое напряжение. Какое же напряжение можно получить на электродах пьезоэлементов рассмотренных пьезогенераторов без образования разряда? Очевидно не более 15 киловольт, так как расстояние между электродами составляет 15 миллиметров, а электрическая прочность воздуха порядка 1 кВ/мм. Используя формулы (1) получим, что эта сила равна

. Подставив значение ёмкости С, ( 40*10 -12 ), напряжения U и пьезомодуля , получим величину силы 2400 ньютонов или 240 кГ. Рычажный механизм обеспечивает действие такой силы при достаточно лёгком нажатии на приводное плечо. При этом величина продуцируемого заряда составит:

микрокулон.

На основе пьезогенератора, применяемого в пьезозажигалке, созданы два прибора, являющиеся источниками высокого напряжения, и нашли в этом качестве удачное применение. Они избражены на рис. 4. Слева на фотоизображении прибор для проверки свечей зажигания Тест-1м». Справа изображение прибора «Кристалл», применяемого для проверки указателей высокого напряжения. Он как бы имитирует линию высокого напряжения. . Для получения высокого напряжения Э.Л. Каган и В.В.Панченко предложили так называемый диполь-генератор, который включает в себя два пьезогенератора. Они соединены последовательно, но подвергаются действию одной и той же силы. Вследствие этого генератор обеспечивает удвоенное напряжение. Принципиальная схема диполь-генератора изображена на рис.5. При соблюдении полярности пьезоэлементов, как на

Рис.4. Приборы – источники высокого напряжения:

«Тест-1м», слева и «Кристалл», справа.

Рис.5. Принципиальная схема диполь-генератора

рисунке, диполь-генератор вырабатывает равные по величине, но противоположные по знаку электрические заряды и обеспечивает разность потенциалов порядка 30 кВ. На основе предложенного технического решения был создан действующий макет прибора, который с успехом мог бы использоваться для демонстрации опытов по физике раздела «электростатика» по всем темам учебных программ. Внешний вид устройства показан на рис.6. На рис.7 показана демонстрация одного из опытов по электростатике. Для будущего

Рис.6. Действующий макет источника

Рис.7. Демонстрация опыта по электрических зарядов электростатике прибора уже придумано название – «Пьезостат».

Опасен ли «Пьезостат»?

Сила тока от 10 миллиампер и выше опасна для жизни. Такой ток может возникнуть при напряжении 220 В и хорошем контакте с деталями, находящимися под напряжением. Одной минуты достаточно, чтобы нанести непоправимый вред. Легко проверить, что деструктивная для организма работа тока имеет порядок величины 100 – 150 джоулей. Вычислим, какую деструктивную работу способен произвести «Пьезостат». Эта работа равна энергии, вырабатываемой пьезогенератором. Исходные для расчёта величины – это ёмкость пьезогенератора, 20пФ и вырабатываемое напряжение, 30000 В.

дж.

Эта работа в 10000 раз меньше, чем опасная для жизни. Однако, если прикоснуться к электродам прибора, то произойдёт разряд с силой тока тысячи ампер. Правда, длительность этого воздействия не превышает одной микросекунды. Почему действие такого импульса не приносит вреда? Не будем приводить здесь расчёты, но причина заключается в следующем. Все хорошо знают, как движется транспортный поток при наличии автомобильной пробки. Подобно этому, скорость направленного движения зарядов в канале искры, составлявшая 10 м/сек при входе, допустим, в палец уменьшается пропорционально увеличению сечения проводника (пальца), то есть в 10 6 раз. Скорость направленного движения ионов в теле тогда будет иметь величину порядка 10 -5 м/сек., и за время в одну микросекунду они пройдут путь 0,1 ангстрем. Но ведь атомы имеют размер порядка 1 ангстрема! Ни о какой разрушающей клетки организма электролитической диссоциации не может идти речи. Тепловые колебания происходят с большей амплитудой. Совокупность носителей зарядов, ионов, организма лишь дружно качнутся подобно толпе пассажиров в автобусе. О тепловом воздействии также не приходится говорить. Мы видели, на сколько поднимается температура одного грамма воды, из которой мы, в основном, состоим. Однако же, на этот, как выяснилось, безобидный импульс тока прекрасно реагирует наша нервная система. Она добросовестно включает рефлекторный механизм, заставляющий отдёрнуть руки от мнимой опасности.

Пьезокерамика – рукотворный материал, плод достижений

современного материаловедения. Пьезогенераторы, созданные на его

К сожалению, эти достижения не позволяют сегодня удовлетворить чаяния

современных фантастов, мечтающих об альтернативных источниках

электроэнергии. Вот если бы пресловутые дугообразные пружинки были

сильнее «сильной» пружины! Или «сильная» слабее дугообразных.

Если бы они поменялись местами, тогда вся наша механическая работа,

Какое напряжение в зажигалке?

Электрические зажигалки с пьезо элементом имеют постоянное напряжение в размере от 1000 до 10 000 вольт. Если выражаться другими величинами, то 10-40 киловатт. Ток в таком девайсе для курения не опасен, так как его сила очень мала, и он высокой частоты. Но если ударить этим током по коже, то будут очень неприятные ощущения.

Электрический разряд в виде искры возникает между электродами. Температура в этом промежутке достигает 6000 градусов Цельсия. Разрядом легко управлять поэтому зажиг смеси происходит в цилиндре. Чтобы разряд прыгнул через 1 мм воздуха, требуется дать на электроды напряжение примерно равное 1000 вольт.

Пьезоэлемент может прослужить до 12 лет. В пьезо зажигалке происходит преобразование механической энергии в электрическую. Так как изначально требуется сделать нажатие за счет которого генерируется электрический ток.

Какую роль выполняет пьезоэлемент в зажигалках?

Он служит электромеханическим преобразователем энергии. Создают его из пьезоэлектрических материалов, которые имеют определенную форму. Так же они ориентированы относительно кристаллографических осей. За счет этого механическая энергия преобразуется в электрическую, а электрическая в механическую.

Какое напряжение в пьезоэлементе зажигалки

Легко проверить, что в этом примере, положив ёмкость равной 40 пикофарадам (это ёмкость пьезоэлементов пьезозажигалки), получим, что напряжение при силе 1Н будет равно 6В. Если действовать силой 1000Н (100кГ), получим 6 кВ. Этих сведений вполне достаточно, чтобы проанализировать работу пьезогенератора.

Какое напряжение в плазменной зажигалке?

Зажигалка выдаёт ток высокой частоты и напряжения (15 кВ). Если направить разряды в руку, то получается весьма больно, разряды оказывают сильное термическое действие на кожу и сразу появляется запах «жжёного пера». При появлении плазмы раздаётся очень тонкий звук, писк.

Сколько нужно вольт для искры?

Искра — это электрический разряд между электродами, температура в котором достигает 6000 градусов. Он легко управляем, поэтому и поджигают смесь в цилиндре с ее помощью. Для того, чтобы этот разряд проскочил через зазор 1 мм на воздухе, необходимио подать на электроды напряжение около 1000 вольт.

Сколько служит пьезоэлемент?

В самом деле, не чудо ли, когда нажатие пальца на клавишу силой всего 20-30 Н напрямую преобразуется в высокое напряжение 10-20 тысяч Вольт? Более того, это практически неиссякаемый источник энергии, срок службы пьезоэлементов такого механизма не менее 12 лет!

Как достать из зажигалки?

Положи руки по обеим сторонам зажигалко-бутылочной конструкции, как показано в гифке, и ударь по концам зажигалки указательными пальцами (как опять же объясняет гифка). Удар должен быть стремительным и сильным, но непринужденным. Не напрягай кисть! Верь в себя!

Что такое пьезо зажигалки?

Пьезоэлемент — это механизм в котором образуется искра от удара в пьезопластинку. Под действием удара в пьезопластинку возникает деформация пьезопластинки, на поверхности которой образуется электрический заряд, который мы видим в виде искры при нажатии кнопки зажигания на пьезо зажигалке.

Как работает плазменная зажигалка?

При зарядке рядом с разъемом светится синий светодиод, когда он тухнет — значит зарядилась. Контакты, где образуются дуги, выполнены в виде керамического модуля, что спасает изоляторы от обгорания при поджиге сигареты. Наклон оси позиции контактов способствует равномерному поджигу кончика дымной палочки.

Как понять что Электрозажигалка зарядилась?

Благодаря встроенной интеллектуальной схеме зарядки, индикатор, расположенный внизу, загорится, указывая, что начался процесс зарядки. Для полной зарядки аккумулятора требуется около 2 часов. Индикатор зарядки автоматически отключится при полном заряде.

Когда открыли плазму?

История открытия Четвёртое состояние вещества было открыто У. Круксом в 1879 году и названо «плазмой» И. Ленгмюром в 1928 году.

Какая сила тока в катушке зажигания?

Катушка зажигания — это компонент системы зажигания автомобиля, преобразующий постоянный ток низкого напряжения (6, 12 или 24 вольта в зависимости от типа транспортного средства) от аккумулятора или генератора в короткий электрический импульс с напряжением до 35 000 вольт.

Сколько вольт подается на свечи зажигания?

Система зажигания предназначена для поджигания топливовоздушной смеси в бензиновых и газовых двигателях внутреннего сгорания. Поджог осуществляется за счет электрического разряда между электродами свечи при подведении к ней напряжения в 18000 – 20000 Вольт.

Какое напряжение подается на катушку зажигания?

На первичную катушку подается напряжение от аккумулятора в 12 В. Когда первичная цепь разрывается, ток в цепи изменяется — от 6-20 ампер, до 0. Изменение тока в катушке приводит к возникновению ЭДС индукции и образованию напряжения в первичной катушке в 300-400 В.

Сколько служит зажигалка?

При условии, что зажигалка заправляется качественным фирменным топливом, ее хватает на 1-2 недели в случае с бензиновыми моделями и на 3-4 дня в случае с газовыми аналогами. Это усредненные данные, если брать за отправную точку 1-1,5 пачки сигарет в день.

Что делает пьезоэлемент?

Пьезоэлемент — электромеханический преобразователь, изготавливаемый из пьезоэлектрических материалов, определенной формы и ориентации относительно кристаллографических осей, с помощью которого механическая энергия преобразуется в электрическую (прямой пьезоэффект), а электрическая в механическую (обратный пьезоэффект).

Зачем нужен пьезоэлемент?

Пьезоэлементы, которые под действием деформации индуцируют электрический заряд, уже давно используют для того, чтобы преобразовать механическую энергию в электричество. Например, на танцполах, и на автомобильных парковках. Однако уверяем, что потенциал данных материалов этим не ограничивается.

pavell743

Бред сумасшедшего.

Делай, что должен и будь, что будет!

Первое и главное. Пьезоэлемент не является источником энергии. Он всего лишь трансформатор механической и тепловой энергии в энергию электростатического поля. Ни больше ни меньше.

Что бы понять механизм работы пьезогенератора, пьезоэлемента(ПЭ) рассмотрим два его основных свойства. Это диэлектрическая проницаемость межэлектродного пространства и пьезо электрический модуль. Нас интересует только пьезо модуль по оси поляризации кристалла, все остальные модули не так важны. Они не вызывают создание поля.

Для прямого пьезоэффекта пьезомодуль имеет размерность «К/Н» (кулон:ньютон), а его величина, в зависимости от марки пьезокерамики, находится в интервале от 200 до 500 пикокулон/ньютон (10 -12 К/Н).

где D — это пьезо модуль (К/Н кулон/ньютон), g -заряд (К кулон), F сила в ньтонах приложенная по оси поляризации зарядов.

Пьезомодуль – это характеристика материала.

Это означает, что если мы изготовим пьезоэлемент из пьезокерамики с пьезомодулем, например, 240*10 -12 К/Н, то, какие бы ни были размеры пьезоэлемента, какой бы он ни был формы, каким бы образом ни прикладывали силу, то ли в точке, то ли она распределена по всей поверхности электрода, мы всегда получим на электродах заряд 240 пикокулон, если приложим силу 1 ньютон.

Напряжение на электродах можно посчитать по формуле.

U = g / C ; где U напряжение поля в вольтах, С емкость элемента в фарадах.

Легко проверить, что в этом примере, положив ёмкость равной 40 пикофарадам (это ёмкость пьезоэлементов пьезозажигалки), получим, что напряжение при силе 1Н будет равно 6В. Если действовать силой 1000Н, получим 6 кВ.

2. Какова мощность разряда пьезоэлемента? Сделать точный расчёт крайне затруднительно, да и не имеет смысла, а оценить порядок величины любопытно. Мощность тока искры это квадрат напряжения, делённый на сопротивление разрядного промежутка. Напряжение, конечно, меняется за время существования разряда от 3000 вольт до, почти, нуля.. Поэтому возьмём среднее значение 1500 вольт Но какое же сопротивление у разрядного промежутка? Мы его грубо оценим в 1 Ом, так как было замечено, что увеличение сопротивления токовода до 1 Ома уменьшает яркость искры. Теперь делаем расчёт.

P = U * U / R =1500*1500/1=2250000 ватт=2,25 мегаватт

3. Какова энергия, потраченная на искровой разряд? Это энергия электрического поля пьезоэлемента. Вычислим её по формуле:

Мы знаем, что ёмкость С равна 40 пФ, а напряжение U к началу пробоя 3000 вольт. Рассчитываем энергию W=40*10^(-12)*3000*3000/2=180*10^(-6)=18 0 микро Джоулей.

Посчитаем то же самое для 1500 вольт, среднего значения напряжения пробоя. Оно равно 45 микро Джоулей.

Определим время за которое произойдет разряд:

T =2* R * C =2*1 Ом*40 пФ=80 пикосекунд,

Разделив работу тока на время его протекания, получим следующее значение мощности:

P = W / T =180 микро Джоулей/80 пикосекунд=2250 киловатт.

4. Каков кпд пьезогенератора зажигалки?

Сила линейно меняется от 0 до 500 Ньютон.. Её легко измерить с помощью бытового безмена. В расчёте следует взять среднее значение (250Н). Умножив 250Н на 0,002м получим 0,05 дж. Тогда кпд будет равен 0,03% Возникает вопрос АЧЁ так мало?

I = g / T ; g = C * U ; I = C * U / T =40пикофарад*3000вольт/80 пикосекунд=1500Ампер.

Это довольно таки крутой фронт, и по всем законам в момент образования ионизированного канала газа по которому заряды стекают, нейтрализуют локальную напряженность кристалла. Электро сопротивление фидерного канала на порядок ниже сопротивления меди, следовательно большой толшины ионизированного газа не будет. Толщина стримера микроны и объем ионизированного газа минимален.

Индуктивность стримерного промежутка не известна, да не суть важна, она минимальна и практически примем постоянной не дефференцируемой величиной.

Тогда энергия магнитного поля W = L * I * I /2, за промежуток 80 пикосекунд вырастет 2.25 миллиона раз, так как ток у нас идет в квадрате.

Она тратит меньше 1/10000 мощности на ионизацию, а остальное переводится в энергию магнитного поля.

А все ли помнят мопед трындящий под окном без искрозащиты?

Когда ни телек ни радио не работает)))))))

Ни чего не исчезает бесследно. Просто мы не умеем использовать энергию кристала на полную мощность, вот и будем всю сознательную жизнь топить свои печки буржуйки ассигнациями.

Пьезоэлемент

Среди множества диэлектрических материалов встречаются и такие, которые обладают так называемым пьезоэффектом. На их поверхности могут возникать электрические заряды под влиянием деформации. Существует и обратный эффект, когда диэлектрики начинают деформироваться под действием внешнего электрического поля. Пьезоэлемент сам по себе не может считаться источником электроэнергии. Он всего лишь преобразует механическую энергию в электрическую, с очень низким КПД. Однако, благодаря своим качествам, пьезоэлементы широко используются в технике, в первую очередь, как источники электрических разрядов.

Физические свойства пьезоэлемента

Пьезоэлектрические материалы по своей сути довольно простые и характеризуются всего лишь двумя физическими величинами – диэлектрической проницаемостью и пьезоэлектрическим модулем. От первой величины зависит емкость пьезоэлемента, а от пьезоэлектрического модуля – электрический заряд, образующийся на электродах, после того как к ним была приложена какая-то сила.

В пьезокерамике для описания процесса применяется три модуля в зависимости от расположения силы, действующей по отношению к полярности оси пьезоэлемента.

Наиболее выраженный эффект проявляется в модуле d₃₃, в котором первая цифра индекса означает направление полярной оси вдоль оси Z традиционной системы координат, а вторая указывает на направление действующей силы вдоль этой же оси. За счет этого пьезоэлемент с величиной модуля d₃₃ существенно превышает значение комбинаций с другими направлениями.

Прямой пьезоэффект модуля измеряется в единицах кулон/ньютон (К/Н). Именно эта величина характеризует материал, из которого он изготовлен. Независимо от приложенной силы и размеров самого элемента, при воздействии силы в 1 ньютон, на электродах будет образовываться один и тот же заряд.

Для определения напряжения на электродах существует формула: U = q/C, в которой в свою очередь q = F d₃₃. Из данной формулы видно, что в отличие от заряда, напряжение будет зависеть от размеров пьезоэлемента, поскольку емкость С связана с площадью электродов и расстоянием между ними. Если в качестве примера взять емкость обычной зажигалки, равной 40 пикофарадам (пф), то приложенная сила в 1 Н даст напряжение 6 В. Соответственно, если сила увеличится до 1000 Н (100 кг), то полученное напряжение составит уже 6 кВ.

Принцип работы

Действие пьезоэлемента наиболее четко просматривается на примере зажигалки нажимного действия. При нажатии на клавишу, зажигалка выдает целую серию искр, что свидетельствует о наиболее удачном использовании пьезогенератора в данной конструкции. Чтобы представить себе принцип работы, рекомендуется рассмотреть схему упрощенной модели этого устройства. Она выполнена в виде опоры с рычагом, создающим большое усилие, воздействующее на пьезоэлемент.

Сами элементы представляют собой сплошные цилиндрические конструкции, на торцах которых расположены электроды. Они соприкасаются друг с другом, поэтому на них воздействует одинаковая сила. Ориентация каждого пьезоэлемента между собой выполнена таким образом, чтобы электроды соприкасающихся поверхностей имели один заряд, например, положительный, а противоположные концы – заряд с другим знаком. Порядок подключения необходимо обязательно соблюдать, особенно при изготовлении подобного устройства своими руками.

Под действием рычага электроды замыкаются, и возникает электрическое параллельное соединение каждого пьезоэлемента между собой. От точки соприкосновения выводится токовод с закругленным наконечником, расположенным от металлической основы на определенном расстоянии. Во время нажатия на рычаг воздушный промежуток между основой и наконечником пробивается электрической искрой. Теперь уже понятно, как работает такая зажигалка. При дальнейшем нажатии усилие возрастает, что приводит к появлению второй и последующей искр. Это будет происходить до тех пор, пока пьезоэлементы не разрушатся полностью.

Применение

Любой пьезоэлемент можно использовать в современных технических устройствах разного назначения. Они применяются в качестве кварцевых резонаторов, миниатюрных трансформаторов, пьезоэлектрических детонаторах, генераторах частоты с высокой стабильностью и во многих других местах. Каждый прибор устроен таким образом, что в нем может использоваться не только кристаллический кварц, но и элементы из поляризованной пьезокерамики.

Однако пьезоэлемент не ограничивается одними лишь зажигалками. В настоящее время ведутся работы по решению задачи, как сделать использование этих материалов более продуктивным. Данный принцип достаточно давно применяется на танцевальных площадках и стоянках автомобилей, где под давлением происходит превращение механической энергии в электрическую.

В перспективе возможно устройство более мощных энергодобывающих систем. В настоящее время разрабатываются генераторы, обладающие небольшими размерами, основой которых служит нитрид алюминия, успешно заменивший традиционный цирконат-титанат свинца. Данное устройство по своей сути является беспроводным температурным датчиком, способным накапливать энергию от различных вибраций и передавать полученные данные через установленные промежутки времени.

В настоящее время преобразователи на базе пьезоэлементов устанавливаются на реактивные самолеты. Данное техническое решение дает возможность экономии до 30% топливных ресурсов, используя колебания крыльев и самого фюзеляжа. Созданы экспериментальные светофоры, работающие от аккумуляторов, заряжающихся от колебаний воздуха, вызванных городским шумом.

Диммер — что это, принцип действия светорегулятора, преимущества и недостатки, область применения, схема подключения устройства

Пьезо-зажигалка. На чём основан принцип действия? Там нужна батарейка?

Как правильно говорить? Пьезо или пьезоэлектрическая?

На каком принципе работает? Нужна ли смена батарейки?

Куда батарейку вставлять?

Сколько времени прослужит?

Это выгоднее, чем покупать спички?

Принцип действия пьезо-зажигалки основан на использовании пьезоэффекта,который заключается в том что при механическом воздействии на пьезокристалл на его противоположных гранях возникает электрический заряд. Его величина тем больше, чем больше и короче удар. Конструкция пьезо-зажигалки устроена так, что при нажатии на кнопку по кристаллу ударяет молоточек. При этом на гранях пьезокристалла вырабатывается электрический заряд. Грани подключены к двум металлическим электродам, расположенным на конце конструкции. Один из них представляет из себя штырек, который расположен внутри другого электрода, представляющего из себя кольцо. При возникновении электрического заряда на гранях пьезоэлемента между электродами возникает электрический разряд в виде искры. Энергии этой искры достаточно для зажигания газа. Если учесть что расстояние между электродами порядка 3-4 мм, а пробивная прочность воздуха порядка 1 кв/мм, между электродами возникает напряжение около 3-4 кв.

В пьезозажигалке нет батареек.

Там установлен пьезоэлемент. Это такая штука, которая при давлении вырабатывает электричество. Прямой и обратный пьезоэффекты открыты в 1880-1881 гг. Жаком и Пьером Кюри. При деформации какой-то материал образует на своей поверхности электрический заряд. Либо под влиянием внешнего электрического поля материал деформируется. В зажигалке имеем первый вариант, обратный пьезоэффект. При нажатии на кнопку установленный под нею кристаллик кварца деформируется и бахает электричеством. Импульс напряжения порядка десятков тысяч вольт. Как от статики на синтетической одежде. Практически мгновенный, низкого тока. Сделать неприятно или поджечь газ хватает.

Собственно, газ и горит.

Зажигалка на фото, видимо, кухонная, так что собственный запас газа ей не нужен. Достаточно включить плиту, поместить сопло зажигалки в поток газа над рассекателем и щёлкнуть. Но вообще пьезозажигалки часто снабжаются баллоном. При нажатии на гашетку активируется пьезоэлемент и одновременно открывается клапан, выпускающий газ. Такие зажигалки можно перезаправлять. Покупаете в хозмаге баллончик с газом для зажигалок, втыкаете его в штуцер зажигалки и надавливаете. Ждёте секунд 15-20. Баллон должен быть сверху, зажигалка снизу.