„Klick“ ~ „Klick“ ~ „Klick“ … Wie zündet ein Feuerzeug?

Die früheste Nutzung des Feuers durch den Menschen lässt sich auf die Zeit vor 1,8 Millionen Jahren zurückverfolgen. Vom Yuanmou-Menschen bis zum Peking-Menschen haben Archäologen Spuren ihrer Nutzung von Feuer gefunden, obwohl sie damals natürliches Feuer nutzten.

Doch die primitiven Völker erkannten, dass Feuer eine mächtige Naturkraft ist, und begannen daher, nach Möglichkeiten zu suchen, Feuer künstlich zu erzeugen. Vom Bohren von Holz über das Feuermachen und die Verwendung von Feuerstein bis hin zu den verschiedenen Feuermacherwerkzeugen von heute sind die Methoden des Menschen, Feuer zu machen, vielfältiger geworden.

Feuerzeuge erfreuen sich aufgrund ihrer Leichtigkeit, Haltbarkeit und stabilen Feuererzeugungsfunktion großer Beliebtheit in der Öffentlichkeit.

Derzeit verwenden die meisten Einwegfeuerzeuge auf dem Markt Butan als Brennstoff. Da Butan unter hohem Druck flüssig wird und nach der Dekompression schnell gasförmig werden kann , eignet es sich sehr gut zur Lagerung im kleinen Brennstofftank des Feuerzeugs.

Wenn wir den „Zündknopf“ des Feuerzeugs drücken, strömen Butan-Sprühnebel im kleinen Tank mit Gas über und kommen dann mit dem vom Zündgerät erzeugten elektrischen Funken in Kontakt, wodurch eine helle Flamme entsteht.

Apropos Zündvorrichtung: Es handelt sich dabei eigentlich um das lange schwarze Objekt im Inneren des Feuerzeugs, das jedem bekannt sein dürfte. Weil es so ein kleines Ding ist, habe ich es als Kind spielerisch benutzt, um meinen Freunden auf den Handrücken zu schlagen (bitte machen Sie es mir nicht nach), und es gab mir das Gefühl eines leichten Stromschlags.

Doch woher kommt dieser Strom? Es verfügt offensichtlich weder über eine unabhängige Stromversorgung noch sind im Inneren kleine Magnete vorhanden, die ein Magnetfeld erzeugen könnten, geschweige denn Metall, das die magnetischen Kraftlinien unterbricht. Es verfügt lediglich über eine Reihe von „Geräten zum Schlagen und Geschlagenwerden“, was mit einem chinesischen Sprichwort übereinstimmt: „Zhou Yu bekämpft Huang Gai, der eine ist bereit zu kämpfen und der andere ist bereit, geschlagen zu werden.“

Wenn wir den Auslöser nach unten drücken, wird Druck auf die Feder im Inneren ausgeübt. Unter der Feder ist ein kleiner Hammer angebracht. Wenn der ausgeübte Druck den Schwellenwert erreicht, springt die Feder zum Ursprung zurück und gibt Energie frei. Zu diesem Zeitpunkt fällt der angeschlossene kleine Hammer hart herunter und schlägt auf den darunter liegenden piezoelektrischen Kristall (oder die piezoelektrische Keramik).

Wenn ein piezoelektrischer Kristall einem Aufprall ausgesetzt wird, verbeult sich seine Oberfläche leicht, wodurch eine Potenzialdifferenz (Spannung) über dem Kristall entsteht.

Piezoelektrischer Effekt

Einige von Ihnen fragen sich vielleicht, warum piezoelektrische Kristalle Spannung erzeugen können?

Dies wird tatsächlich durch den piezoelektrischen Effekt verursacht. Das Wort Piezoelektrizität stammt vom griechischen Wort piezein ab, was wörtlich bedeutet: Kann durch Zusammendrücken oder Drücken Elektrizität erzeugt werden? Tatsächlich ist es ziemlich dasselbe.

Im Jahr 1880 entdeckten die französischen Physiker Curie in einem Experiment, dass beim Dehnen oder Zusammendrücken bestimmter natürlicher Kristalle durch mechanische Kraft auf den beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Kristalls gleiche Mengen entgegengesetzter Ladungen auftreten. Wissenschaftler nennen dieses Phänomen den piezoelektrischen Effekt.

Die Versuchsausrüstung der Brüder Curie

Das Medium, das das piezoelektrische Phänomen aufweist, wird als piezoelektrisches Material bezeichnet.

Tatsächlich haben die meisten Kristalle in der Natur einen piezoelektrischen Effekt, dieser ist jedoch sehr schwach. Mit der Vertiefung der Materialforschung hat man herausgefunden, dass Quarzkristalle, Bariumtitanat, Turmalin und andere Materialien allesamt piezoelektrische Materialien mit hervorragender Leistung sind.

Einer der wichtigen Gründe, warum es zu einem piezoelektrischen Material wird, ist seine zentral asymmetrische Struktur. Am Beispiel von Quarzkristallen sind in Ionenkristallen positive und negative Ionen regelmäßig miteinander verflochten und bilden so ein Kristallgitter.

Auf diese Weise entsteht an der Oberfläche des Quarzkristalls ein inhärentes elektrisches Moment und es werden polarisierte Ladungen erzeugt, die die Kristalloberfläche jedoch nicht verlassen können . Da der Kristall der Luft ausgesetzt ist, verbinden sich diese polaren Ladungen mit den entgegengesetzten Ladungen in der Luft, sodass der Kristall weiterhin elektrisch neutral und ausgeglichen existiert .

Wird jedoch mechanischer Druck auf den Quarzkristall ausgeübt, verändert sich die Kristallstruktur und damit auch das elektrische Moment. Der Wert der polarisierten Ladung auf der Kristalloberfläche ist proportional zur Stärke der äußeren Kraft und der Größe der Kontaktfläche. Je größer die äußere Kraft und die Kontaktfläche, desto mehr Ladung tritt auf.

Das Vorzeichen der Oberflächenladung des Kristalls hängt mit der äußeren Kraft zusammen. Befindet es sich in einem gestreckten Zustand, ist die Ladung oben positiv und die Ladung unten negativ; wenn es sich in einem komprimierten Zustand befindet, ist das Gegenteil der Fall.

Wenn an beiden Enden des Kristalls Elektroden angebracht und mit Drähten verbunden werden, werden diese Ladungen von einer Platte auf die andere übertragen und bilden einen elektrischen Strom, der dem elektrischen Funken entspricht, den wir in einem Feuerzeug sehen.

Inverser piezoelektrischer Effekt

Eine weitere Besonderheit des piezoelektrischen Effekts besteht darin, dass der Vorgang reversibel ist. Wenn auf ein piezoelektrisches Material mechanische Spannung ausgeübt wird, kann mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden. Dies wird als positiver piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Umgekehrt führt die Anwendung eines elektrischen Felds auf ein piezoelektrisches Material zu einer mechanischen Verformung (Verlängerung oder Kontraktion).

Im Vergleich zum direkten piezoelektrischen Effekt hat der inverse piezoelektrische Effekt ein breiteres Anwendungsspektrum. Wenn beispielsweise die üblichen Lautsprecher eingeschaltet werden, wird die piezoelektrische Keramik im Inneren durch das elektrische Feld beeinflusst, wodurch die Keramik die Luft in Form von Schallwellen vibrieren lässt und einen lauteren Ton erzeugt.

In der heutigen elektronischen Welt ist Piezoelektrizität allgegenwärtig und mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie wird sich die Entwicklung der piezoelektrischen Technologie weiter beschleunigen. In der Zukunft könnte es unendlich viele Möglichkeiten geben. Beispielsweise kann die durch den piezoelektrischen Effekt erzeugte Energie gesammelt werden.

Stellen Sie sich vor, die Batterien zukünftiger intelligenter Geräte bestünden aus piezoelektrischen Materialien. Dann könnten Sie die piezoelektrischen Materialien durch einfache Körperbewegungen aktivieren, um Ihre Geräte aufzuladen.

Noch beeindruckender ist die Möglichkeit, ein piezoelektrisches System unter der Straße zu integrieren. Wenn ein Auto auf der Straße vorbeifährt, kann das unten stehende System aktiviert werden und die gesammelte Energie kann dann für öffentliche Einrichtungen auf beiden Seiten, wie Straßenlaternen, Werbetafeln usw., verwendet werden.

Ganz gleich, um welche Möglichkeit es sich handelt, die Entwicklung von Wissenschaft und Technologie ist immer faszinierend und wünschenswert.