పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని 19వ శతాబ్దం చివరలో ఫ్రెంచ్ శాస్త్రవేత్తలు క్యూరీ సోదరులు కనుగొన్నారు. ఆ సమయంలో, కనుగొనబడిన దృగ్విషయం యొక్క ఆచరణాత్మక అనువర్తనం గురించి మాట్లాడటం చాలా తొందరగా ఉంది, కానీ ప్రస్తుతం, పైజోఎలెక్ట్రిక్ అంశాలు సాంకేతికతలో మరియు రోజువారీ జీవితంలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి.
విషయము
పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం యొక్క సారాంశం
ప్రసిద్ధ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు కొన్ని స్ఫటికాలు (రాక్ క్రిస్టల్, టూర్మాలిన్, మొదలైనవి) వైకల్యంతో ఉన్నప్పుడు, వాటి ముఖాలపై విద్యుత్ ఛార్జీలు తలెత్తుతాయి. అదే సమయంలో, సంభావ్య వ్యత్యాసం చిన్నది, కానీ ఆ సమయంలో ఉన్న పరికరాల ద్వారా ఇది నమ్మకంగా పరిష్కరించబడింది మరియు కండక్టర్లను ఉపయోగించి వ్యతిరేక ధ్రువ ఛార్జీలతో విభాగాలను కనెక్ట్ చేయడం ద్వారా, పొందడం సాధ్యమైంది. విద్యుత్. ఈ దృగ్విషయం కుదింపు లేదా సాగదీయడం సమయంలో డైనమిక్స్లో మాత్రమే పరిష్కరించబడింది. స్టాటిక్ మోడ్లో వైకల్యం పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని కలిగించలేదు.
త్వరలో, వ్యతిరేక ప్రభావం సిద్ధాంతపరంగా సమర్థించబడింది మరియు ఆచరణలో కనుగొనబడింది - వోల్టేజ్ వర్తించినప్పుడు, క్రిస్టల్ వైకల్యంతో ఉంది.రెండు దృగ్విషయాలు ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించబడి ఉన్నాయని తేలింది - ఒక పదార్ధం ప్రత్యక్ష పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని ప్రదర్శిస్తే, వ్యతిరేకం కూడా దానిలో అంతర్లీనంగా ఉంటుంది మరియు దీనికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది.
ఈ దృగ్విషయం ఒక అనిసోట్రోపిక్ రకం క్రిస్టల్ లాటిస్తో (దీని యొక్క భౌతిక లక్షణాలు దిశను బట్టి భిన్నంగా ఉంటాయి) తగినంత అసమానతతో పాటు కొన్ని పాలీక్రిస్టలైన్ నిర్మాణాలతో కూడిన పదార్థాలలో గమనించవచ్చు.
ఏదైనా ఘన శరీరంలో, అనువర్తిత బాహ్య శక్తులు వైకల్యం మరియు యాంత్రిక ఒత్తిళ్లకు కారణమవుతాయి మరియు పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావంతో ఉన్న పదార్ధాలలో, అవి ఛార్జీల ధ్రువణానికి కూడా కారణమవుతాయి మరియు ధ్రువణత అనువర్తిత శక్తి యొక్క దిశపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఎక్స్పోజర్ దిశను మార్చినప్పుడు, ధ్రువణ దిశ మరియు ఛార్జీల ధ్రువణత రెండూ మారుతాయి. యాంత్రిక ఒత్తిడిపై ధ్రువణత యొక్క ఆధారపడటం సరళంగా ఉంటుంది మరియు P=dt అనే వ్యక్తీకరణ ద్వారా వివరించబడుతుంది, ఇక్కడ t అనేది యాంత్రిక ఒత్తిడి, మరియు d అనేది పైజోఎలెక్ట్రిక్ మాడ్యూల్ (పైజోఎలెక్ట్రిక్ మాడ్యూల్) అని పిలువబడే ఒక గుణకం.
ఇదే విధమైన దృగ్విషయం రివర్స్ పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావంతో సంభవిస్తుంది. అనువర్తిత విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క దిశ మారినప్పుడు, వైకల్యం యొక్క దిశ మారుతుంది. ఇక్కడ ఆధారపడటం కూడా సరళంగా ఉంటుంది: r=dE, ఇక్కడ E అనేది విద్యుత్ క్షేత్ర బలం మరియు r అనేది స్ట్రెయిన్. అన్ని పదార్ధాలకు ప్రత్యక్ష మరియు విలోమ పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాలకు గుణకం d ఒకే విధంగా ఉంటుంది.
నిజానికి, పై సమీకరణాలు అంచనాలు మాత్రమే. వాస్తవ ఆధారపడటం చాలా క్లిష్టంగా ఉంటుంది మరియు క్రిస్టల్ అక్షాలకు సంబంధించి శక్తుల దిశ ద్వారా కూడా నిర్ణయించబడతాయి.
పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావంతో పదార్థాలు
మొట్టమొదటిసారిగా, పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం రాక్ స్ఫటికాలలో (క్వార్ట్జ్) కనుగొనబడింది. ఈ రోజు వరకు, ఈ పదార్థం పైజోఎలెక్ట్రిక్ మూలకాల ఉత్పత్తిలో చాలా సాధారణం, కానీ ఉత్పత్తిలో సహజ పదార్థాలు మాత్రమే ఉపయోగించబడవు.
అనేక పైజోఎలెక్ట్రిక్లు ABO ఫార్ములాతో పదార్థాల నుండి తయారవుతాయి.3, ఉదా. BaTiO3, РbТiO3. ఈ పదార్థాలు పాలీక్రిస్టలైన్ (అనేక స్ఫటికాలతో కూడిన) నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటాయి మరియు వాటికి పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని ప్రదర్శించే సామర్థ్యాన్ని అందించడానికి, అవి బాహ్య విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని ఉపయోగించి ధ్రువణానికి లోబడి ఉండాలి.
ఫిల్మ్ పైజోఎలెక్ట్రిక్స్ (పాలీవినైలిడిన్ ఫ్లోరైడ్ మొదలైనవి) పొందడం సాధ్యం చేసే సాంకేతికతలు ఉన్నాయి. వారికి అవసరమైన లక్షణాలను ఇవ్వడానికి, వారు కూడా ఒక విద్యుత్ క్షేత్రంలో చాలా కాలం పాటు ధ్రువపరచబడాలి. అటువంటి పదార్థాల ప్రయోజనం చాలా చిన్న మందం.
పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావంతో పదార్థాల లక్షణాలు మరియు లక్షణాలు
సాగే వైకల్యం సమయంలో మాత్రమే ధ్రువణత సంభవిస్తుంది కాబట్టి, పైజోమెటీరియల్ యొక్క ముఖ్యమైన లక్షణం బాహ్య శక్తుల చర్యలో ఆకారాన్ని మార్చగల సామర్థ్యం. ఈ సామర్థ్యం యొక్క విలువ సాగే సమ్మతి (లేదా సాగే దృఢత్వం) ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.
పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావంతో స్ఫటికాలు చాలా సాగేవి - శక్తి (లేదా బాహ్య ఒత్తిడి) తొలగించబడినప్పుడు, అవి వాటి అసలు ఆకృతికి తిరిగి వస్తాయి.
పైజోక్రిస్టల్స్ కూడా వాటి స్వంత యాంత్రిక ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీని కలిగి ఉంటాయి. మీరు ఈ ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద క్రిస్టల్ వైబ్రేట్ చేస్తే, వ్యాప్తి ముఖ్యంగా పెద్దదిగా ఉంటుంది.
పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం మొత్తం స్ఫటికాల ద్వారా మాత్రమే కాకుండా, కొన్ని పరిస్థితులలో కత్తిరించిన వాటి ప్లేట్ల ద్వారా కూడా వ్యక్తమవుతుంది కాబట్టి, రేఖాగణిత కొలతలు మరియు కట్ యొక్క దిశను బట్టి వివిధ పౌనఃపున్యాల వద్ద ప్రతిధ్వనితో పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాల ముక్కలను పొందడం సాధ్యమవుతుంది.
అలాగే, పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాల కంపన లక్షణాలు యాంత్రిక నాణ్యత కారకం ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి. ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద డోలనాల వ్యాప్తి సమాన అనువర్తిత శక్తితో ఎన్ని సార్లు పెరుగుతుందో ఇది చూపిస్తుంది.
ఉష్ణోగ్రతపై పైజోఎలెక్ట్రిక్ యొక్క లక్షణాల యొక్క స్పష్టమైన ఆధారపడటం ఉంది, ఇది స్ఫటికాలను ఉపయోగించినప్పుడు పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి. ఈ ఆధారపడటం గుణకాల ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది:
- ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క ఉష్ణోగ్రత గుణకం క్రిస్టల్ వేడి / చల్లబడినప్పుడు ప్రతిధ్వని ఎంత దూరం వెళుతుందో చూపిస్తుంది;
- ఉష్ణోగ్రత విస్తరణ గుణకం పియజోఎలెక్ట్రిక్ ప్లేట్ యొక్క లీనియర్ కొలతలు ఉష్ణోగ్రతతో ఎంత మారుతుందో నిర్ణయిస్తుంది.
ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద, పైజోక్రిస్టల్ దాని లక్షణాలను కోల్పోతుంది. ఈ పరిమితిని క్యూరీ ఉష్ణోగ్రత అంటారు. ఈ పరిమితి ప్రతి పదార్థానికి వ్యక్తిగతమైనది. ఉదాహరణకు, క్వార్ట్జ్ కోసం ఇది +573 °C.
పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం యొక్క ఆచరణాత్మక ఉపయోగం
పైజోఎలెక్ట్రిక్ మూలకాల యొక్క అత్యంత ప్రసిద్ధ అప్లికేషన్ జ్వలన మూలకం. పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం పాకెట్ లైటర్లలో లేదా గ్యాస్ స్టవ్ల కోసం వంటగది ఇగ్నైటర్లలో ఉపయోగించబడుతుంది. క్రిస్టల్ నొక్కినప్పుడు, సంభావ్య వ్యత్యాసం తలెత్తుతుంది మరియు గాలి ఖాళీలో స్పార్క్ కనిపిస్తుంది.
పైజోఎలెక్ట్రిక్ మూలకాల అప్లికేషన్ యొక్క ఈ ప్రాంతం అయిపోయినది కాదు. సారూప్య ప్రభావంతో స్ఫటికాలను స్ట్రెయిన్ గేజ్లుగా ఉపయోగించవచ్చు, అయితే ఈ వినియోగ ప్రాంతం పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం యొక్క ఆస్తి ద్వారా డైనమిక్స్లో మాత్రమే కనిపిస్తుంది - మార్పులు ఆగిపోతే, సిగ్నల్ ఉత్పత్తి చేయడం ఆగిపోతుంది.
పైజోక్రిస్టల్స్ను మైక్రోఫోన్గా ఉపయోగించవచ్చు - ధ్వని తరంగాలకు గురైనప్పుడు, విద్యుత్ సంకేతాలు ఏర్పడతాయి. రివర్స్ పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం సౌండ్ ఎమిటర్స్ వంటి మూలకాల వినియోగాన్ని (కొన్నిసార్లు ఏకకాలంలో) కూడా అనుమతిస్తుంది. స్ఫటికానికి ఎలక్ట్రికల్ సిగ్నల్ వర్తించినప్పుడు, పైజోఎలెక్ట్రిక్ మూలకం శబ్ద తరంగాలను ఉత్పత్తి చేయడం ప్రారంభిస్తుంది.
ఇటువంటి ఉద్గారకాలు అల్ట్రాసోనిక్ తరంగాలను రూపొందించడానికి, ప్రత్యేకించి, వైద్య సాంకేతికతలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి. వద్ద ఇది ప్లేట్ యొక్క ప్రతిధ్వని లక్షణాలను కూడా ఉపయోగించవచ్చు.ఇది సహజ పౌనఃపున్యం తరంగాలను మాత్రమే ఎంచుకునే అకౌస్టిక్ ఫిల్టర్గా ఉపయోగించవచ్చు. సౌండ్ జనరేటర్లో (సైరన్, డిటెక్టర్ మొదలైనవి) పైజోఎలెక్ట్రిక్ ఎలిమెంట్ను ఏకకాలంలో ఫ్రీక్వెన్సీ సెట్టింగ్ మరియు సౌండ్-ఎమిటింగ్ ఎలిమెంట్గా ఉపయోగించడం మరొక ఎంపిక. ఈ సందర్భంలో, ధ్వని ఎల్లప్పుడూ ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది మరియు తక్కువ శక్తి వినియోగంతో గరిష్ట వాల్యూమ్ పొందవచ్చు.
రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో పనిచేసే జనరేటర్ల ఫ్రీక్వెన్సీలను స్థిరీకరించడానికి ప్రతిధ్వని లక్షణాలు ఉపయోగించబడతాయి. క్వార్ట్జ్ ప్లేట్లు ఫ్రీక్వెన్సీ-సెట్టింగ్ సర్క్యూట్లలో అత్యంత స్థిరమైన మరియు అధిక-నాణ్యత ఓసిలేటరీ సర్క్యూట్ల పాత్రను పోషిస్తాయి.
పారిశ్రామిక స్థాయిలో సాగే వైకల్యం యొక్క శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చడానికి ఇప్పటికీ అద్భుతమైన ప్రాజెక్టులు ఉన్నాయి. మీరు పాదచారులు లేదా కార్ల గురుత్వాకర్షణ ప్రభావంతో కాలిబాట యొక్క వైకల్పనాన్ని ఉపయోగించవచ్చు, ఉదాహరణకు, ట్రాక్ల విభాగాలను ప్రకాశవంతం చేయడానికి. మీరు ఎయిర్క్రాఫ్ట్ నెట్వర్క్ను అందించడానికి విమానం యొక్క రెక్కల వైకల్య శక్తిని ఉపయోగించవచ్చు. పియజోఎలెక్ట్రిక్ మూలకాల యొక్క తగినంత సామర్థ్యంతో ఇటువంటి ఉపయోగం పరిమితం చేయబడింది, అయితే పైలట్ ప్లాంట్లు ఇప్పటికే సృష్టించబడ్డాయి మరియు అవి మరింత మెరుగుదల యొక్క వాగ్దానాన్ని చూపించాయి.
ఇలాంటి కథనాలు:
