ແນວຄວາມຄິດຂອງພະລັງງານ Kinetic ໃນເອເລັກໂຕຣນິກ
ພະລັງງານຈົນໄດ້ຖືກປຶກສາຫາລືຕາມປະເພນີໃນສະພາບການຂອງກົນຈັກແບບຄລາສສິກ, ໂດຍອະທິບາຍພະລັງງານທີ່ວັດຖຸມີຍ້ອນການເຄື່ອນທີ່ຂອງມັນ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນຂົງເຂດເອເລັກໂຕຣນິກ, ແນວຄວາມຄິດນີ້ອາດຈະເບິ່ງຄືວ່າບໍ່ສາມາດນຳໃຊ້ໄດ້ທັນທີ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເມື່ອກວດກາຢ່າງໃກ້ຊິດ, ຫຼັກການຂອງພະລັງງານຈົນມີປະຕິສຳພັນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍກັບປະກົດການ ແລະ ເຕັກໂນໂລຢີຕ່າງໆໃນໂລກເອເລັກໂຕຣນິກ. ບົດຄວາມນີ້ອະທິບາຍວິທີທີ່ພະລັງງານຈົນສະແດງອອກໃນເອເລັກໂຕຣນິກ, ເຊິ່ງປະກອບສ່ວນເຂົ້າໃນທັງຫຼັກການພື້ນຖານ ແລະ ການນຳໃຊ້ທີ່ທັນສະໄໝ.
ຄວາມເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບພະລັງງານ Kinetic
ພະລັງງານຈົນ (KE)) ແມ່ນເປັນຕົວແທນທາງຄະນິດສາດໂດຍສົມຜົນ:
\[ KE = \frac{1}{2}mv^2 \]
ບ່ອນທີ່ \(m\) ແມ່ນມວນສານ ແລະ \(v\) ແມ່ນຄວາມໄວ. ຄວາມສຳພັນນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າວັດຖຸໃດກໍ່ຕາມທີ່ກຳລັງເຄື່ອນທີ່ມີພະລັງງານຈົນມີສັດສ່ວນກັບທັງມວນສານ ແລະ ກຳລັງສອງຂອງຄວາມໄວຂອງມັນ. ເຖິງວ່າຈະມີຮາກຖານຢູ່ໃນລະບົບກົນຈັກ, ແຕ່ແນວຄວາມຄິດກ່ຽວກັບພະລັງງານຈົນສາມາດມີຜົນສະທ້ອນຢ່າງເລິກເຊິ່ງໃນລະບົບເອເລັກໂຕຣນິກ.
ເອເລັກຕຣອນ ແລະ ພະລັງງານຈົນ
ໃນໂລກນ້ອຍຂອງເອເລັກໂຕຣນິກ, ເອເລັກຕຣອນແມ່ນຕົວນຳໄຟຟ້າຫຼັກ ແລະ ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງມີຄວາມສຳຄັນຕໍ່ການປະຕິບັດງານ. ອະນຸພາກຍ່ອຍອະຕອມເຫຼົ່ານີ້, ເມື່ອເຄື່ອນທີ່, ສະແດງພະລັງງານຈົນ. ພະລັງງານຈົນຂອງເອເລັກຕຣອນທີ່ເຄື່ອນທີ່ຜ່ານຕົວນຳສາມາດສະແດງອອກໄດ້ດັ່ງນີ້:
\[ KE = \frac{1}{2}mv_e^2 \]
ບ່ອນທີ່ \(m\) ແມ່ນມວນສານຂອງເອເລັກຕຣອນ ແລະ \(v_e\) ແມ່ນຄວາມໄວຂອງມັນ. ການມີພະລັງງານຈົນໃນເອເລັກຕຣອນແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນປະກົດການເອເລັກໂຕຣນິກຕ່າງໆ, ລວມທັງກະແສໄຟຟ້າ, ຜົນກະທົບຂອງຄວາມຮ້ອນ, ແລະ ການສົ່ງສັນຍານ.
ການດຣິຟຂອງເອເລັກຕຣອນ ແລະ ກະແສໄຟຟ້າ
ເມື່ອແຮງດັນໄຟຟ້າຖືກນຳໃຊ້ຜ່ານຕົວນຳ, ສະໜາມໄຟຟ້າຈະຖືກສ້າງຂຶ້ນ, ເຊິ່ງກະຕຸ້ນໃຫ້ເອເລັກຕຣອນເຄື່ອນຍ້າຍໄປຫາຂົ້ວບວກ. ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນລວມນີ້ປະກອບເປັນກະແສໄຟຟ້າ (\(I\)). ເຖິງແມ່ນວ່າເອເລັກຕຣອນເອງຈະສະແດງການເຄື່ອນທີ່ທາງຄວາມຮ້ອນແບບສຸ່ມເນື່ອງຈາກພະລັງງານຄວາມຮ້ອນ, ແຕ່ທິດທາງການເຄື່ອນທີ່ທີ່ຊ້ອນກັນຂອງພວກມັນສອດຄ່ອງກັບທິດທາງຂອງສະໜາມໄຟຟ້າ.
ຄວາມໄວໃນການລອຍ (\(v_d\)) ຂອງເອເລັກຕຣອນແມ່ນຊ້າກວ່າຄວາມໄວຄວາມຮ້ອນແບບສຸ່ມຂອງມັນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ແຕ່ມັນເປັນຕົວການເຄື່ອນທີ່ສຸດທິຂອງປະຈຸໄຟຟ້າໃນວົງຈອນ. ໃນຂະນະທີ່ພະລັງງານຈົນຂອງເອເລັກຕຣອນແຕ່ລະຕົວຢູ່ທີ່ຄວາມໄວຄວາມຮ້ອນແມ່ນສູງ, ພະລັງງານຈົນຢູ່ທີ່ຄວາມໄວໃນການລອຍປະກອບສ່ວນເຂົ້າໃນການສົ່ງໄຟຟ້າທີ່ມີປະສິດທິພາບດ້ວຍການສູນເສຍພະລັງງານໜ້ອຍທີ່ສຸດ.
ການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນ Joule
ການເຂົ້າໃຈພະລັງງານຈົນຂອງເອເລັກຕຣອນແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍຕໍ່ການເຂົ້າໃຈຄວາມຮ້ອນຂອງຈູນ, ເຊິ່ງເປັນປະກົດການທີ່ພະລັງງານຈົນປ່ຽນເປັນພະລັງງານຄວາມຮ້ອນຍ້ອນວັດສະດຸຕ້ານທານ. ໃນຂະນະທີ່ເອເລັກຕຣອນເຄື່ອນທີ່ຜ່ານຕົວນຳ, ພວກມັນຈະຊົນກັບໂຄງສ້າງອະຕອມ, ໂອນພະລັງງານຈົນໄປຫາອະຕອມ. ການຖ່າຍໂອນພະລັງງານນີ້ສະແດງອອກເປັນຄວາມຮ້ອນ:
\[ P = I^2 R \]
ບ່ອນທີ່ \(P\) ແມ່ນພະລັງງານທີ່ກະຈາຍໄປເປັນຄວາມຮ້ອນ, \(I\) ແມ່ນກະແສໄຟຟ້າ, ແລະ \(R\) ແມ່ນຄວາມຕ້ານທານ. ການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນຂອງຈູນທີ່ມີປະສິດທິພາບແມ່ນສິ່ງຈຳເປັນໃນການອອກແບບເອເລັກໂຕຣນິກເພື່ອປ້ອງກັນຄວາມຮ້ອນເກີນໄປ ແລະ ຮັບປະກັນປະສິດທິພາບທີ່ໜ້າເຊື່ອຖື.
ຜົນກະທົບທາງຄວາມຮ້ອນ
ຈຸດຕັດກັນຂອງພະລັງງານຄວາມຮ້ອນ ແລະ ພະລັງງານຈົນໃນເອເລັກໂຕຣນິກແມ່ນເຫັນໄດ້ຢ່າງຊັດເຈນໃນຜົນກະທົບຂອງຄວາມຮ້ອນໄຟຟ້າ, ເຊິ່ງໃຊ້ປະໂຫຍດຈາກຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງຄວາມແຕກຕ່າງຂອງອຸນຫະພູມ ແລະ ທ່າແຮງໄຟຟ້າ:
1. ຜົນກະທົບຂອງ Seebeck: ເມື່ອການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມຖືກນຳໃຊ້ຜ່ານວັດສະດຸທີ່ນຳໄຟຟ້າໄດ້, ເອເລັກຕຣອນຈະເຄື່ອນຍ້າຍຈາກດ້ານຮ້ອນໄປຫາດ້ານເຢັນ, ສ້າງຄວາມແຕກຕ່າງຂອງແຮງດັນ. ແຮງດັນນີ້ສາມາດນຳໃຊ້ເພື່ອຜະລິດພະລັງງານໃນເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າດ້ວຍຄວາມຮ້ອນ.
2. ຜົນກະທົບຂອງ Peltier: ໃນທາງກັບກັນ, ໂດຍການໃຊ້ກະແສໄຟຟ້າຜ່ານຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ຂອງວັດສະດຸທີ່ນຳໄຟຟ້າທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ໜຶ່ງຈະຮ້ອນຂຶ້ນໃນຂະນະທີ່ອີກຈຸດໜຶ່ງເຢັນລົງ. ຜົນກະທົບນີ້ຖືກນຳໃຊ້ໃນເຄື່ອງເຮັດຄວາມເຢັນດ້ວຍຄວາມຮ້ອນໄຟຟ້າ.
ຜົນກະທົບເຫຼົ່ານີ້ເນັ້ນໃຫ້ເຫັນວິທີການທີ່ຫຼັກການພະລັງງານຈົນສາມາດນຳໃຊ້ເພື່ອປ່ຽນພະລັງງານຄວາມຮ້ອນເປັນພະລັງງານໄຟຟ້າ ແລະ ໃນທາງກັບກັນ, ໂດຍການຊອກຫາການນຳໃຊ້ໃນເຕັກໂນໂລຊີການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນ, ຄວາມເຢັນ ແລະ ການຜະລິດພະລັງງານ.
ພະລັງງານຈົນໃນລະບົບກົນຈັກຈຸນລະພາກ (MEMS)
ເທັກໂນໂລຢີ MEMS ປະສົມປະສານອົງປະກອບກົນຈັກກັບອົງປະກອບໄຟຟ້າໃນລະດັບຈຸລະພາກ. ພະລັງງານຈົນໃນ MEMS ສາມາດສະແດງອອກໄດ້ຫຼາຍວິທີຄື:
ເຄື່ອງສະທ້ອນສຽງ ແລະ ເຄື່ອງສັ່ນສະເທືອນ
ເຄື່ອງສະທ້ອນ MEMS ນຳໃຊ້ພະລັງງານຈົນໃນຮູບແບບຂອງພະລັງງານສັ່ນສະເທືອນ. ອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ເຮັດວຽກໂດຍການສັ່ນສະເທືອນທາງກົນຈັກທີ່ຄວາມຖີ່ສະທ້ອນສະເພາະ, ປ່ຽນພະລັງງານຈົນເປັນສັນຍານໄຟຟ້າ ແລະ ໃນທາງກັບກັນ. ເຄື່ອງສະທ້ອນ MEMS ພົບການນຳໃຊ້ໃນວົງຈອນໂມງ, ຕົວກອງ ແລະ ເຄື່ອງວັດຄວາມເລັ່ງ.
ການຂຸດຄົ້ນພະລັງງານ
ໜຶ່ງໃນການນຳໃຊ້ພະລັງງານຈົນທີ່ມີຄວາມຫວັງໃນ MEMS ແມ່ນການເກັບກ່ຽວພະລັງງານ. ອຸປະກອນ MEMS ສາມາດຈັບພະລັງງານຈົນຈາກການສັ່ນສະເທືອນ ຫຼື ການເຄື່ອນໄຫວ ແລະ ປ່ຽນມັນເປັນພະລັງງານໄຟຟ້າ. ເຕັກນິກນີ້ໃຫ້ພະລັງງານແກ່ອຸປະກອນພະລັງງານຕ່ຳ ເຊັ່ນ: ເຊັນເຊີໃນສະຖານທີ່ຫ່າງໄກສອກຫຼີກ ຫຼື ສະຖານທີ່ເຂົ້າເຖິງຍາກ, ເຊິ່ງຊ່ວຍເພີ່ມຄວາມເປັນເອກະລາດ ແລະ ອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງພວກມັນໄດ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.
ວັດສະດຸ Piezoelectric ແລະ Electrostrictive
ວັດສະດຸ Piezoelectric ແລະ electrostrictive ປ່ຽນຄວາມເຄັ່ງຕຶງທາງກົນຈັກໃຫ້ເປັນພະລັງງານໄຟຟ້າ, ໂດຍນຳໃຊ້ຫຼັກການພະລັງງານຈົນ. ເມື່ອໄດ້ຮັບຄວາມກົດດັນທາງກົນຈັກ, ວັດສະດຸ piezoelectric ຈະສ້າງປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ສົມສ່ວນກັບການຜິດຮູບ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ການໃຊ້ສະໜາມໄຟຟ້າຈະກະຕຸ້ນຄວາມເຄັ່ງຕຶງໃນວັດສະດຸ electrostrictive. ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນຂາດບໍ່ໄດ້ໃນເຊັນເຊີ, ຕົວກະຕຸ້ນ, ແລະ ຕົວປ່ຽນສັນຍານ.
ເຊັນເຊີ Piezoelectric
ເຊັນເຊີ Piezoelectric ປ່ຽນແຮງທາງກາຍະພາບ ເຊັ່ນ: ຄວາມດັນ, ຄວາມເລັ່ງ ຫຼື ການສັ່ນສະເທືອນ ໄປເປັນສັນຍານໄຟຟ້າ. ຄວາມອ່ອນໄຫວສູງ ແລະ ເວລາຕອບສະໜອງທີ່ໄວຂອງພວກມັນເຮັດໃຫ້ພວກມັນມີຄຸນຄ່າຫຼາຍໃນການນຳໃຊ້ຕ່າງໆ ລວມທັງການຖ່າຍພາບ ultrasound ທາງການແພດ, ລະບົບຖົງລົມນິລະໄພລົດຍົນ ແລະ ເຄື່ອງມືວັດແທກຄວາມແມ່ນຍຳ.
ຕົວກະຕຸ້ນ ແລະ ຕົວປ່ຽນສັນຍານ
ຕົວກະຕຸ້ນ Piezoelectric ແລະ electrostrictive ແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍສຳລັບການຄວບຄຸມການເຄື່ອນໄຫວທີ່ຊັດເຈນ, ດັ່ງທີ່ເຫັນໃນເຄື່ອງພິມ inkjet, ຂັ້ນຕອນການວາງຕຳແໜ່ງຈຸລະພາກ, ແລະ optics ແບບປັບຕົວໄດ້. ໃນອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້, ພະລັງງານໄຟຟ້າກະຕຸ້ນການເຄື່ອນໄຫວທາງກົນຈັກ, ເນັ້ນໃຫ້ເຫັນເຖິງການເຊື່ອມໂຍງທີ່ບໍ່ມີຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງຫຼັກການພະລັງງານຈົນໃນລະບົບໄຟຟ້າກົນຈັກ.
ເຕັກໂນໂລຢີທີ່ພົ້ນເດັ່ນຂື້ນແລະທິດທາງໃນອະນາຄົດ
ການລວມຕົວກັນຂອງພະລັງງານຈົນ ແລະ ເອເລັກໂຕຣນິກຍັງສືບຕໍ່ຊຸກຍູ້ນະວັດຕະກໍາໃນຫຼາຍໆຂົງເຂດ. ຕົວຢ່າງທີ່ໂດດເດັ່ນລວມມີ:
ເອເລັກໂຕຣນິກຂະໜາດນາໂນ
ຄວາມກ້າວໜ້າທາງດ້ານເຕັກໂນໂລຊີນາໂນໄດ້ເຮັດໃຫ້ການພັດທະນາອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກຂະໜາດນາໂນທີ່ສາມາດນຳໃຊ້ຜົນກະທົບທາງກົນຈັກຄວອນຕຳໄດ້. ໃນລະບົບດັ່ງກ່າວ, ພະລັງງານຈົນຂອງເອເລັກຕຣອນມີບົດບາດສຳຄັນໃນການກຳນົດຄຸນສົມບັດ ແລະ ພຶດຕິກຳທາງເອເລັກໂຕຣນິກ. ການເຂົ້າໃຈ ແລະ ການໝູນໃຊ້ຈลວະຂອງເອເລັກຕຣອນໃນລະດັບນາໂນແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍຕໍ່ຄວາມກ້າວໜ້າໃນການຄຳນວນຄວອນຕຳ, ສະປິນໂທຣນິກ, ແລະ ເອເລັກໂຕຣນິກໂມເລກຸນ.
ອຸປະກອນສວມໃສ່ໄດ້ ແລະ ອິນເຕີເນັດຂອງສິ່ງຕ່າງໆ (IoT)
ການເຊື່ອມໂຍງເຕັກນິກການເກັບກ່ຽວພະລັງງານໃນອຸປະກອນທີ່ສວມໃສ່ໄດ້ ແລະ ເຊັນເຊີ IoT ກຳລັງປ່ຽນແປງຍຸດທະສາດການຈັດການພະລັງງານຂອງພວກມັນ. ໂດຍການຈັບ ແລະ ປ່ຽນພະລັງງານຈົນຈາກການເຄື່ອນໄຫວຂອງມະນຸດ ຫຼື ການສັ່ນສະເທືອນຂອງສິ່ງແວດລ້ອມ, ອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ສາມາດບັນລຸອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງແບັດເຕີຣີທີ່ຍາວນານ ຫຼື ແມ່ນແຕ່ຄວາມຍືນຍົງດ້ວຍຕົນເອງ, ເຮັດໃຫ້ສາມາດນຳໃຊ້ໄດ້ຢ່າງແຂງແຮງ ແລະ ຍາວນານ.
ສະຫຼຸບແລ້ວ, ໃນຂະນະທີ່ພະລັງງານຈົນອາດເບິ່ງຄືວ່າຢູ່ໃນຂອບເຂດຂອງກົນຈັກເປັນຫຼັກ, ແຕ່ຫຼັກການຂອງມັນຖືກຖັກທໍຢ່າງເລິກເຊິ່ງເຂົ້າໄປໃນໂຄງສ້າງຂອງເອເລັກໂຕຣນິກ. ຕັ້ງແຕ່ພຶດຕິກຳຂອງເອເລັກຕຣອນໃນຕົວນຳໄຟຟ້າຈົນເຖິງລະບົບການເກັບກ່ຽວພະລັງງານທີ່ມີນະວັດຕະກໍາ, ການເຂົ້າໃຈ ແລະ ການນຳໃຊ້ພະລັງງານຈົນໃນເອເລັກໂຕຣນິກໄດ້ປູທາງໃຫ້ແກ່ຄວາມກ້າວໜ້າໃນເຕັກໂນໂລຊີ ແລະ ການນຳໃຊ້ໃນຫຼາຍຂົງເຂດ.
