પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર શું છે

પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની શોધ 19મી સદીના અંતમાં ફ્રેન્ચ વિજ્ઞાનીઓ ક્યુરી બ્રધર્સ દ્વારા કરવામાં આવી હતી. તે સમયે, શોધાયેલ ઘટનાના વ્યવહારુ ઉપયોગ વિશે વાત કરવી ખૂબ જ વહેલું હતું, પરંતુ હાલમાં, પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વોનો વ્યાપકપણે ટેકનોલોજી અને રોજિંદા જીવનમાં બંનેમાં ઉપયોગ થાય છે.

પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો સાર

પ્રખ્યાત ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ સ્થાપિત કર્યું છે કે જ્યારે કેટલાક સ્ફટિકો (રોક ક્રિસ્ટલ, ટુરમાલાઇન, વગેરે) વિકૃત થાય છે, ત્યારે તેમના ચહેરા પર ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ થાય છે. તે જ સમયે, સંભવિત તફાવત નાનો હતો, પરંતુ તે સમયે અસ્તિત્વમાં રહેલા ઉપકરણો દ્વારા તે આત્મવિશ્વાસપૂર્વક નિશ્ચિત કરવામાં આવ્યું હતું, અને કંડક્ટરનો ઉપયોગ કરીને વિરોધી ધ્રુવીય ચાર્જ સાથેના વિભાગોને કનેક્ટ કરીને, તે મેળવવાનું શક્ય હતું. વીજળી. કમ્પ્રેશન અથવા સ્ટ્રેચિંગની ક્ષણે, ઘટના માત્ર ગતિશીલતામાં નિશ્ચિત કરવામાં આવી હતી. સ્ટેટિક મોડમાં વિકૃતિને કારણે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર થઈ નથી.

ટૂંક સમયમાં, વિપરીત અસર સૈદ્ધાંતિક રીતે ન્યાયી હતી અને વ્યવહારમાં શોધી કાઢવામાં આવી હતી - જ્યારે વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું, ત્યારે સ્ફટિક વિકૃત થઈ ગયું હતું.તે બહાર આવ્યું છે કે બંને અસાધારણ ઘટનાઓ એકબીજા સાથે જોડાયેલા છે - જો કોઈ પદાર્થ સીધી પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવે છે, તો તેનાથી વિપરીત પણ તેમાં સહજ છે, અને ઊલટું.

આ ઘટના એનિસોટ્રોપિક પ્રકારની સ્ફટિક જાળી (જેના ભૌતિક ગુણધર્મો દિશાના આધારે અલગ હોય છે) સાથે પર્યાપ્ત અસમપ્રમાણતાવાળા પદાર્થોમાં જોવા મળે છે, તેમજ કેટલીક પોલીક્રિસ્ટલાઇન રચનાઓ.

કોઈપણ નક્કર શરીરમાં, લાગુ બાહ્ય દળો વિરૂપતા અને યાંત્રિક તાણનું કારણ બને છે, અને પીઝોઈલેક્ટ્રિક અસરવાળા પદાર્થોમાં, તેઓ ચાર્જનું ધ્રુવીકરણ પણ કરે છે, અને ધ્રુવીકરણ લાગુ બળની દિશા પર આધારિત છે. એક્સપોઝરની દિશા બદલતી વખતે, ધ્રુવીકરણની દિશા અને ચાર્જની ધ્રુવીયતા બંને બદલાય છે. યાંત્રિક તાણ પર ધ્રુવીકરણની અવલંબન રેખીય છે અને P=dt અભિવ્યક્તિ દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે, જ્યાં t યાંત્રિક તણાવ છે, અને d એ પીઝોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ (પીઝોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ) તરીકે ઓળખાતું ગુણાંક છે.

રિવર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર સાથે સમાન ઘટના જોવા મળે છે. જ્યારે લાગુ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની દિશા બદલાય છે, ત્યારે વિરૂપતાની દિશા બદલાય છે. અહીં અવલંબન પણ રેખીય છે: r=dE, જ્યાં E એ વિદ્યુત ક્ષેત્રની તાકાત છે અને r એ તાણ છે. ગુણાંક d એ તમામ પદાર્થો માટે સીધી અને વ્યસ્ત પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરો માટે સમાન છે.

હકીકતમાં, ઉપરોક્ત સમીકરણો માત્ર અંદાજો છે. વાસ્તવિક અવલંબન વધુ જટિલ છે અને તે ક્રિસ્ટલ અક્ષોને લગતા દળોની દિશા દ્વારા પણ નક્કી કરવામાં આવે છે.

પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરવાળા પદાર્થો

પ્રથમ વખત, પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર રોક ક્રિસ્ટલ્સ (ક્વાર્ટઝ) માં જોવા મળી હતી. આજની તારીખે, પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વોના ઉત્પાદનમાં આ સામગ્રી ખૂબ જ સામાન્ય છે, પરંતુ ઉત્પાદનમાં માત્ર કુદરતી સામગ્રીનો ઉપયોગ થતો નથી.

ઘણા પીઝોઇલેક્ટ્રિક્સ એબીઓ ફોર્મ્યુલા સાથેના પદાર્થોમાંથી બનાવવામાં આવે છે.₃, દા.ત. BaTiO₃, РbТiO₃. આ સામગ્રીઓમાં પોલીક્રિસ્ટલાઇન (ઘણા સ્ફટિકોનો સમાવેશ થાય છે) માળખું હોય છે, અને તેમને પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર પ્રદર્શિત કરવાની ક્ષમતા આપવા માટે, તેઓ બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરીને ધ્રુવીકરણને આધિન હોવા જોઈએ.

એવી તકનીકો છે જે ફિલ્મ પીઝોઇલેક્ટ્રિક્સ (પોલીવિનાઇલિડેન ફ્લોરાઇડ, વગેરે) મેળવવાનું શક્ય બનાવે છે. તેમને જરૂરી ગુણધર્મો આપવા માટે, તેમને ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં લાંબા સમય સુધી ધ્રુવીકરણ કરવાની પણ જરૂર છે. આવી સામગ્રીનો ફાયદો એ ખૂબ નાની જાડાઈ છે.

પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરવાળા પદાર્થોના ગુણધર્મો અને લાક્ષણિકતાઓ

ધ્રુવીકરણ માત્ર સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિ દરમિયાન થાય છે, તેથી પાઇઝોમેટરીયલની એક મહત્વપૂર્ણ લાક્ષણિકતા એ બાહ્ય દળોની ક્રિયા હેઠળ આકાર બદલવાની ક્ષમતા છે. આ ક્ષમતાનું મૂલ્ય સ્થિતિસ્થાપક અનુપાલન (અથવા સ્થિતિસ્થાપક કઠોરતા) દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરવાળા સ્ફટિકો અત્યંત સ્થિતિસ્થાપક હોય છે - જ્યારે બળ (અથવા બાહ્ય તાણ) દૂર કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેઓ તેમના મૂળ આકારમાં પાછા ફરે છે.

પીઝોક્રિસ્ટલ્સની પોતાની મિકેનિકલ રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી પણ હોય છે. જો તમે આ આવર્તન પર સ્ફટિકને વાઇબ્રેટ કરો છો, તો કંપનવિસ્તાર ખાસ કરીને મોટું હશે.

 

પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર માત્ર સંપૂર્ણ સ્ફટિકો દ્વારા જ નહીં, પરંતુ ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં કાપવામાં આવેલી પ્લેટો દ્વારા પણ પ્રગટ થાય છે, તેથી કટના ભૌમિતિક પરિમાણો અને દિશાના આધારે, વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝ પર પડઘો સાથે પીઝોઇલેક્ટ્રિક પદાર્થોના ટુકડાઓ મેળવવાનું શક્ય છે.

ઉપરાંત, પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીના કંપનશીલ ગુણધર્મો યાંત્રિક ગુણવત્તા પરિબળ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. તે દર્શાવે છે કે રેઝોનન્ટ આવર્તન પર ઓસિલેશનનું કંપનવિસ્તાર સમાન લાગુ બળ સાથે કેટલી વખત વધે છે.

તાપમાન પર પીઝોઇલેક્ટ્રિકના ગુણધર્મોની સ્પષ્ટ અવલંબન છે, જે સ્ફટિકોનો ઉપયોગ કરતી વખતે ધ્યાનમાં લેવી આવશ્યક છે. આ અવલંબન ગુણાંક દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે:

• રેઝોનન્ટ આવર્તનનું તાપમાન ગુણાંક બતાવે છે કે જ્યારે સ્ફટિકને ગરમ / ઠંડુ કરવામાં આવે ત્યારે રેઝોનન્સ કેટલો દૂર જાય છે;
• તાપમાન વિસ્તરણ ગુણાંક નક્કી કરે છે કે પીઝોઇલેક્ટ્રિક પ્લેટના રેખીય પરિમાણો તાપમાન સાથે કેટલા બદલાય છે.

ચોક્કસ તાપમાને, પીઝોક્રિસ્ટલ તેના ગુણધર્મો ગુમાવે છે. આ મર્યાદાને ક્યુરી તાપમાન કહેવામાં આવે છે. આ મર્યાદા દરેક સામગ્રી માટે વ્યક્તિગત છે. ઉદાહરણ તરીકે, ક્વાર્ટઝ માટે તે +573 °C છે.

પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરનો વ્યવહારિક ઉપયોગ

પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વોનો સૌથી પ્રખ્યાત ઉપયોગ ઇગ્નીશન તત્વ તરીકે છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક ઇફેક્ટનો ઉપયોગ ગેસ સ્ટવ માટે પોકેટ લાઇટર અથવા કિચન ઇગ્નીટરમાં થાય છે. જ્યારે ક્રિસ્ટલ દબાવવામાં આવે છે, ત્યારે સંભવિત તફાવત ઉભો થાય છે અને હવાના અંતરમાં સ્પાર્ક દેખાય છે.

પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વોના ઉપયોગનો આ વિસ્તાર ખાલી થયો નથી. સમાન અસરવાળા ક્રિસ્ટલ્સનો ઉપયોગ સ્ટ્રેઇન ગેજ તરીકે થઈ શકે છે, પરંતુ ઉપયોગનો આ વિસ્તાર પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરની મિલકત દ્વારા મર્યાદિત છે જે ફક્ત ગતિશીલતામાં જ દેખાય છે - જો ફેરફારો બંધ થાય, તો સિગ્નલ ઉત્પન્ન થવાનું બંધ થાય છે.

પીઝોક્રિસ્ટલ્સનો ઉપયોગ માઇક્રોફોન તરીકે થઈ શકે છે - જ્યારે એકોસ્ટિક તરંગોના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે વિદ્યુત સંકેતો રચાય છે. રિવર્સ પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર અવાજ ઉત્સર્જક જેવા તત્વોનો ઉપયોગ (ક્યારેક એક સાથે) પણ પરવાનગી આપે છે. જ્યારે ક્રિસ્ટલ પર ઇલેક્ટ્રિકલ સિગ્નલ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વ એકોસ્ટિક તરંગો ઉત્પન્ન કરવાનું શરૂ કરશે.

આવા ઉત્સર્જકોનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો બનાવવા માટે થાય છે, ખાસ કરીને, તબીબી તકનીકમાં. મુ આ પ્લેટના રેઝોનન્ટ પ્રોપર્ટીઝનો પણ ઉપયોગ કરી શકાય છે.તેનો ઉપયોગ એકોસ્ટિક ફિલ્ટર તરીકે થઈ શકે છે જે માત્ર કુદરતી આવર્તન તરંગોને પસંદ કરે છે. બીજો વિકલ્પ એ છે કે ધ્વનિ જનરેટર (સાઇરન, ડિટેક્ટર, વગેરે) માં પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વનો એકસાથે ફ્રીક્વન્સી સેટિંગ અને ધ્વનિ ઉત્સર્જન કરનાર તત્વ તરીકે ઉપયોગ કરવો. આ કિસ્સામાં, ધ્વનિ હંમેશા રેઝોનન્ટ આવર્તન પર ઉત્પન્ન થશે, અને થોડી ઊર્જા વપરાશ સાથે મહત્તમ વોલ્યુમ મેળવી શકાય છે.

રેઝોનન્સ પ્રોપર્ટીઝનો ઉપયોગ રેડિયો ફ્રીક્વન્સી રેન્જમાં કાર્યરત જનરેટર્સની ફ્રીક્વન્સીઝને સ્થિર કરવા માટે થાય છે. ક્વાર્ટઝ પ્લેટ્સ ફ્રીક્વન્સી-સેટિંગ સર્કિટ્સમાં અત્યંત સ્થિર અને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ઓસીલેટરી સર્કિટની ભૂમિકા ભજવે છે.

ઔદ્યોગિક સ્કેલ પર સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિની ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવા માટે હજુ પણ અદ્ભુત પ્રોજેક્ટ્સ છે. તમે રાહદારીઓ અથવા કારના ગુરુત્વાકર્ષણના પ્રભાવ હેઠળ પેવમેન્ટના વિરૂપતાનો ઉપયોગ કરી શકો છો, ઉદાહરણ તરીકે, ટ્રેકના ભાગોને પ્રકાશિત કરવા માટે. તમે એરક્રાફ્ટ નેટવર્ક પ્રદાન કરવા માટે એરક્રાફ્ટની પાંખોની વિકૃતિ ઊર્જાનો ઉપયોગ કરી શકો છો. પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વોની અપૂરતી કાર્યક્ષમતા દ્વારા આવા ઉપયોગને પ્રતિબંધિત કરવામાં આવે છે, પરંતુ પાયલોટ પ્લાન્ટ્સ પહેલેથી જ બનાવવામાં આવ્યા છે, અને તેઓએ વધુ સુધારણાનું વચન દર્શાવ્યું છે.

સમાન લેખો: