版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

人類最早使用火的時間可追溯至180萬(wan) 年前，從(cong) 元謀人到北京人，考古學家都發現了他們(men) 用火的痕跡，盡管當時使用的都是自然火。

但原始人已經意識到火是一種強大的自然力，因此開始探索人工取火的方式，從(cong) 鑽木取火到燧石取火，再到如今各式各樣的取火工具，人類取火的方式更加多樣化。

而打火機因為(wei) 它輕便、耐用、穩定生火的優(you) 點，一直被大眾(zhong) 所廣泛使用。

目前市麵大多數的一次性打火機都是使用丁烷作為(wei) 燃料，因為(wei) 丁烷在高壓下會(hui) 變成液態，而在減壓之後又能快速變成氣態，因此很適合儲(chu) 存在打火機的小油箱裏。

當我們(men) 按下打火機的“點火按鈕”時，小油箱裏的丁烷溢出一縷縷氣體(ti) ，然後與(yu) 點火裝置產(chan) 生的電火花所接觸，就產(chan) 生了明亮的火焰。

說到點火裝置，其實是打火機裏麵那個(ge) 黑色的長條物體(ti) ，大家應該不會(hui) 陌生。因為(wei) 就是這麽(me) 小的一個(ge) 玩意兒(er) ，小時候調皮拿著它對小夥(huo) 伴的手背來上一下（請勿模仿），會(hui) 有輕微的觸電感。

不過，這個(ge) 電是從(cong) 哪來的呢？明明沒有獨立的電源供給，裏麵也沒有小磁鐵來產(chan) 生磁場，更別提有什麽(me) 金屬切割磁感線了，它裏麵隻有一套“擊打與(yu) 被擊打裝置”，應了中國的一句俗語“周瑜打黃蓋，一個(ge) 願打一個(ge) 願挨”。

在我們(men) 向下按觸發器的時候，會(hui) 給裏麵的彈簧施加壓力，彈簧下麵連接著一個(ge) 小錘子，當施加的壓力達到閾值的時候，彈簧會(hui) 彈回原點並釋放能量，這時候，連接的小錘子就會(hui) 狠狠的落下，擊打在下方的壓電晶體(ti) （或壓電陶瓷）之上。

壓電晶體(ti) 受到衝(chong) 擊後，其表麵會(hui) 稍稍凹陷下去，從(cong) 而在晶體(ti) 兩(liang) 端產(chan) 生電位差（電壓）。

壓電效應

肯定有小夥(huo) 伴會(hui) 疑問，壓電晶體(ti) 為(wei) 什麽(me) 能產(chan) 生電壓呢？

這其實是壓電效應造成的。壓電一詞起源於(yu) 希臘語piezein，字麵上的意思看起來就是：擠一擠、壓一壓，就能產(chan) 生電？實際上還真就差不多。

1880年，法國物理學家居裏兄弟在實驗中發現：某些天然晶體(ti) 在受到機械力而發生拉伸或擠壓時，晶體(ti) 相對的兩(liang) 個(ge) 表麵會(hui) 出現等量的異號電荷，科學家將這種現象叫做壓電效應。

居裏兄弟做實驗的器具

而具有壓電現象的介質，稱之為(wei) 壓電材料。

其實自然界中大多數晶體(ti) 都具有壓電效應，但是效果都非常微弱，隨著對材料的研究深入，人們(men) 發現石英晶體(ti) 、鈦酸鋇、電氣石等材料都是性能優(you) 良的壓電材料。

而成為(wei) 壓電材料一個(ge) 很重要的原因是具有中心不對稱的結構。以石英晶體(ti) 為(wei) 例，在離子性的晶體(ti) 中，正、負離子有規則的交錯連接，構成了結晶點陣。

這樣一來，石英晶體(ti) 表麵就形成了固有電矩並產(chan) 生了極化電荷，但這些電荷無法離開晶體(ti) 表麵，又因為(wei) 晶體(ti) 暴露在空氣之中，所以這些極性電荷會(hui) 與(yu) 空氣中的異號電荷結合，所以晶體(ti) 仍舊是以電中性平衡的方式存在。

但是，如果對石英晶體(ti) 施加機械壓力，晶體(ti) 結構就會(hui) 發生變化，電矩也會(hui) 隨之產(chan) 生變化，而晶體(ti) 表麵的極化電荷數值與(yu) 外力的強度和接觸麵的大小成正比，外力與(yu) 接觸麵愈大，則出現的電荷就越多。

晶體(ti) 表麵電荷的符號與(yu) 外力相關(guan) ，如果處於(yu) 拉伸狀態，那麽(me) 上方的電荷為(wei) 正，下方的電荷為(wei) 負；如果是處於(yu) 壓縮狀態則相反。

如果將晶體(ti) 兩(liang) 端裝上電極並用導線連通，這些電荷就會(hui) 從(cong) 一個(ge) 極板轉移至另一個(ge) 極板，形成電流，也就是我們(men) 在打火機裏麵看到的電火花。

逆壓電效應

壓電效應還有一個(ge) 特殊的地方，那就是這個(ge) 過程是可逆轉的。當對壓電材料施加機械應力可以將機械能轉化電能，這屬於(yu) 正壓電效應，相反的，對壓電材料加上電場之後，它會(hui) 產(chan) 生機械形變（伸長或縮短）。

相較於(yu) 正壓電效應，逆壓電效應的應用範圍更廣，比如我們(men) 常見的揚聲器，在揚聲器通電後，裏麵的壓電陶瓷受到電場的作用，使陶瓷以聲波的形式振動空氣，發出更大的聲音。

在當今的電子世界中，壓電無處不在，而隨著科技的發展，壓電技術的腳步還會(hui) 繼續前進，未來或許有無限種可能性，比如由壓電效應產(chan) 生的能量可以被收集起來。

想象一下，如果以後的智能設備電池具有壓電材料，那麽(me) 你可以通過簡單的身體(ti) 運動來激活壓電材料為(wei) 你的設備充電。

甚至更厲害一點，還可以在公路下麵嵌入壓電係統，當路麵上的汽車駛過時，可以激活下方的係統，然後將收集的能量用於(yu) 兩(liang) 旁的公眾(zhong) 設施如路燈、廣告牌等。

不管是哪種可能性，科技的發展永遠都這麽(me) 令人著迷且向往。

歡迎掃碼關(guan) 注深i科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！