Transcript 압전소자란??
주제 – 압전소자를 이용한 발전 및 충전 조장 – 21609 윤제웅 조원 – 21608 오재석 21611 정종수 21612 황현진 3/8 첫 번째 과 제연구 - 조 편성 및 주 제선정을 위한 정보검색 3/15 두 번째 과제연구 - 주제선정 3/22 세 번째 과 제연구 - 물품신청 준비 4/5 다섯 번째 과제연구 - 실험물품 준비 3/29 네 번째 과제연 구 - 1차 실험에 대한 준비 4/12 여섯 번째 과제연구 - 실험기기에 대한 숙지 1. 연구동기 압전소자란? 2. 이론적 배경 3. 연구과정 -1 차 실험,2차 실험 목차 4. 연구결과 5. 연구결론 및 기대효과 1. 연구동기 고속도로의 미활용에너지를 압전소자를 매설함으로 써 1km당 300가구가 하루 동안 사용 가능한 에너지 로 만들어낼 수 있다고 한다. 여기서 우리는 우리가 생활하는 동안 사용 가능한 미활용에너지를 찾아보 고 압전소자를 이용함으로써 사용 가능한 에너지로 바꾸어 보는 것을 목적으로 하고 있다. 기계적 응력을 걸면 전압이 발생하고 반대로 전압을 걸면 일그러 짐이 발생하는 수정이나 압전 세라믹 등을 사용한 소자로, 압력을 가하면 전압이 변화하고 반대로 전압을 가하면 팽창되거나 수축 되는 성질을 가진 소자를 말한다. 라이터의 점화기 피에조 스피커 위와 같은 곳에 사용된다. 2. 이론적배경 - 1 1) 압전소자란? 수정·로셸염·티탄산바륨 등의 압전 물질에 변형력을 사하면 그 힘에 비례하는 전하가 생기고(압전 직접효 과) 또 전기장 속에 두면 기계적인 변형이 생기는 현 상(압전 역효과)을 이용하는 소자 2) 압전 효과란? 압전 효과란 고체에 힘을 가하였을 때 결정의 겉면에 전기적 분극이 일어나는 현상이다. 특히 수정이나 로셀염 등의 결정에 압력을 가하면 전 압이 발생하는데 이것을 압전 직접효과하고 하고, 반 대로 전압을 주면 결정체가 변형을 일으키는 현상인 압전 역효과가 일어난다. 2. 이론적배경 - 2 3) 압전 효과의 원리 압전 효과의 원리는 이온 결정들은 음이온과 양이온 이 같은 수로 있기 때문에 전기적으로 중성인데 이는 표면에도 음이온과 양이온의 수가 같기 때문에 중성 인 것이다. 만약 힘이 가해질 경우 이 전하들의 움직 임이 다르다면 표면에 특정 전하들이 많이 쌓이게 되 고 그 표면 사이에서 전기가 생성되는 것이다. 4) 압전 물질이란? 압전 물질에 압력을 가했을 때 전위차(전압)가 발생 되며 이 물질에 반대로 전위차(전압)가 인가되면 물 리적 변위가 생긴다. 압전 물질에는 수정, 로셀염, 티 탄산바륨(BaTiO₃), 인공세라믹(PZT) 등이 있다. 3. 연구과정 -1 1차 실험과 2차 실험으로 나누어서 실험을 진행한다. 1차 실험 – 압전소자의 연결방법에 따른 전력 생산량 을 비교 2차 실험 – 압전소자를 이용한 발전기 제작 실험 시 주의점 - 압전소자에 한계를 넘는 압력을 가 하지 않고, 압전소자를 연결할 때 연결을 잘못하여 전력이 서로 상쇄되지 않도록 주의한다. 3. 연구과정 -2 1차 실험에 대한 설계 - 압전소자의 전력생산량은 적으므로 압전소자의 전 력생산량을 향상시켜야한다. 단일면적이 큰 하나의 압전소자(A)와 단일면적이 작 은 여러 개의 압전소자(B)를 준비하고, (A)하나의 발 전량과 (B)여러 개를 합쳐 (A)와 단일면적을 같게 만 든 것의 발전량을 비교한 후, 단일면적이 같은 압전 소자를 4개 준비하여 압전소자를 연결할 때 단층연결 의 발전량과 적층연결의 발전량을 비교한다. 이 실험에서 압전소자를 연결할 때에는 구리테이프 를 사용한다. 1차 실험에서의 오실로스코프의 역할 오실로스코프란? 전기진동과 같은 시간적 변화가 빠른 신호를 관측할 수 있게 그래프로 나타내주는 기계이다. 오실로스코프를 이용해서 그래프를 관찰,측정해서 분 석하고, 압전소자가 발생하는 전류의 세기를 측정할 수 있었다. 그리고 검류계로 측정한 값과 오실로스코프의 측정값 을 토대로보다 정확한 값을 알아낼 수 있었지만 압전소 자는 압력을 주는 방식이나 힘의 세기에 따라서 변화하 기 때문에 측정값을 토대로 힘을 주는 방식을 변화시킬 수 있었다. 3. 연구과정 -3 2차 실험에 대한 설계 압전소자를 신발에 장치한 후 보행에너지를 이용하 여 발전시킨 에너지를 이용하여 충전량 및 충전시간 을 발전 시 전력생산량의 향상을 위하여 1차 실험을 토 대로 발전효율이 좋은 방법을 채택하여 실험을 진행 한다. 이때 각각 체중이 다른 사람이 발전을 해보아 체중이 압전소자의 전력생산에 영향을 미치는가를 알아본다. 2차 실험에서 예상되는 실패요인 1. 회로도를 만들 때 측정값을 토대로 만들어도 오차가 발 생할 확률이 높다. 2. 처음 측정부터 오차가 생길 수 있다. 3. 충전 과정에서 손실되는 전력량을 측정할 수 없기 때문 에 근삿값으로 계산해야 한다. 4. 항상 일관적인 힘을 줄 수 없으므로(힘의 세기가 실험 진행 동안 항상 같을 수 없다.)오차가 발생한다. 5. 압전소자 연결 시 납땜을 할 것인데 납땜 과정에서 실 수를 하면 연결이 잘되지 않을 수도 있다. 위와 같은 이유로 실패할 가능성이 있기 때문에 만약 실패 한다면 실패요인을 잘 분석해서 오차를 줄여나가거나 부 족한 부분을 보충해 나가면 될 것이다. 4. 연구결과 1차 실험 결과 - 두 개의 압전소자를 단층으로 연결할 때 측정된 전압 – 3.9V - 두 개의 압전소자를 적층으로 연결하였을 때의 측 정된 전압 – 32.2V - 이를 보아 단일면적이 큰 압전소자가 단일면적이 작은 압전소자를 여러 개 연결한 것보다 효율이 좋다. 또한 압전소자를 단층으로 연결하는 것 보 다는 적층으로 연결하는 것이 효율이 더 좋았다. 5. 연구결론 및 기대효과 결론 - 압전소자는 연결방식에 따라 전력생산량이 달라 지는데 대표적으로 단일면적이 큰 압전소자를 적 층으로 연결할 때가 효율이 가장 좋았다. 기대효과 - 앞으로 시작되는 2차 실험인 발전기의 제작에서 더 욱 효율이 좋은 발전기를 제작하는 것에 기본적 바탕 이 될 것이라고 생각한다. 6. 출처 사진 1 사진 2 - https://www.ceramtec.com/applications/piezo-applications/sensor-technology/ http://www.google.co.kr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahU KEwjUp8berabNAhXDF5QKHeaODp8QjB0IBg&url=http%3A%2F%2Fwww.vidiac.com%2Fpiezo-ceramicimages&psig=AFQjCNEyn7iGn3zAZpq_dl2W86WeBIn3ww&ust=1465950425444961 사진3- https://www.google.co.kr/search?q=%EB%9D%BC%EC%9D%B4%ED%84%B0&biw=1920&bih=959&source=lnms &tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi3l8H69qzNAhVLnJQKHbOHBGoQ_AUIBigB#imgrc=FLwZQ8q1IoTkzM%3A 사진4- https://www.google.co.kr/search?q=%EB%9D%BC%EC%9D%B4%ED%84%B0&biw=1920&bih=959&source=lnms &tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi3l8H69qzNAhVLnJQKHbOHBGoQ_AUIBigB#tbm=isch&q=%ED%94%BC%EC% 97%90%EC%A1%B0+%EC%8A%A4%ED%94%BC%EC%BB%A4&imgrc=w_fNtcDjoDFvkM%3A 참고문헌 - 디피디아 - http://www.dbpia.co.kr/ 참고한 논문 보행에너지를_이용한_압전식발전장치개발에_관한_연구 압전_발전체_개발을_위한_압전소자_배열에_관한_기초_연구 압전세라믹_연결방식에_따른_전력생산_평가_연구 압전소자의_소성과_특성에_관하여 압전소자의_전류증폭회로설계에_관한_기초적_연구 적층형_압전소자를_이용한_이중증폭_메커니즘 - 네이버 지식백과 - http://terms.naver.com/ - 네이버 지식 IN - http://kin.naver.com/index.nhn - 감사합니다.