تم اختراع أول تأثير كهرضغطية في عام 1880 من قبل شقيقين عالمين هما 'بيير كوري' و 'جاك'. تم العثور على هذا التأثير من الضغط المطبق على البلورة ، وإلا فإن الكوارتز يشكل شحنة كهربائية في المادة. بعد ذلك ، أشاروا إلى تلك الحقيقة العلمية مثل التأثير الكهروضغطي. اخترع 'الأخوان كوري' بسرعة ' تأثير كهرضغطية معكوس '، وبعد أن أكدوا أنه كلما كان هناك حاجة إلى مجال كهربائي على المحطات البلورية ، سيؤدي ذلك إلى التشويه. يُعرف هذا بالتأثير الكهروضغطي العكسي. الاسم كهرضغطية مأخوذ من الكلمة اليونانية. يتم الضغط على معنى كلمة بيزو بطريقة أخرى ، في حين أن كلمة الكهربائية تعني الكهرمان.
ما هو تأثير كهرضغطية؟
ال تأثير كهرضغطية يمكن تعريفها على أنها قدرة مواد معينة على توليد شحنة كهربائية استجابة للضغط الميكانيكي المطبق. واحدة من الخصائص الحصرية لهذا التأثير قابلة للعكس. هذا يعني المواد عرض التأثير الكهروضغطي المستقيم ، ويعرض أيضًا التأثير الكهروإجهادي العكسي.
تأثير كهرضغطية
عندما يتم وضع مادة كهرضغطية تحت الضغط الميكانيكي ، يتم نقل حاملات الشحن + ve بالإضافة إلى حوامل الشحنة داخل المادة ، ينتج عن ذلك أثناء مجال كهربائي خارجي. عندما ينقلبون ، يعمل مجال كهربائي خارجي أيضًا على تمديد المادة الكهرضغطية.
تشمل تطبيقات التأثير الكهروإجهادي بشكل أساسي التلفيق بالإضافة إلى الكشف عن الصوت ، الموازين الدقيقة ، توليد الفولتية العالية وكذلك التردد الإلكتروني ، وتركيبات بصرية دقيقة للغاية تركز. هذا هو الأساس لشخصية الأساليب العلمية ذات الدقة الذرية مثل STM ، AFM (مجاهر مسبار المسح). التطبيق المشترك لـ تأثير كهرضغطية هو مصدر انفجار ولاعات السجائر.
مثال تأثير كهرضغطية
كما ناقشنا، الكهرباء يمكن أن تتولد عن طريق الضغط على مادة كهرضغطية. ال تأثير كهرضغطية في الكريستال مشروح بالاسفل. يحدث التأثير الكهرضغطية أثناء ضغط المواد الكهرضغطية. يتم وضع مادة سيراميك بيزوكسية مثل البلورة الكهروإجهادية بين اللوحين المعدنيين الموضحين في المثال أدناه. يمكن توليد الكهرباء الانضغاطية كلما ضغطت المادة عن طريق الضغط الميكانيكي.
مثال تأثير كهرضغطية
في الشكل أعلاه ، سيكون هناك جهد جهد عبر المادة. يمكن وضع الألواح المعدنية في الدائرة أعلاه بواسطة البلورة الكهروإجهادية. تجمع اللوحان المعدنيان الشحنات ، مما يولد جهدًا يُعرف باسم الكهروإجهادية.
في هذه الطريقة ، يعمل التأثير الكهرضغطية كبطارية صغيرة ، كما هي يولد الكهرباء . لذلك هذا يسمى تأثير كهرضغطية مباشر . هناك العديد من الأجهزة التي يمكن أن تستخدم تأثيرات كهرضغطية مباشرة مثل مستشعرات الضغط والميكروفونات والهيدروفونات وأنواع أجهزة الاستشعار.
تأثير كهرضغطية معكوس
معكوس أو تأثير كهرضغطية عكسي يمكن تعريفه على أنه كلما انعكس التأثير الكهرضغطية. يمكن تشكيل هذا من خلال التقديم طاقة كهربائية لجعل بلورة تتوسع. وتتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا التأثير في تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.
تأثير كهرضغطية معكوس
باستخدام هذا التأثير ، يمكننا تطوير أجهزة لتوليد موجات صوتية. أفضل الأمثلة على هذه الأجهزة هي مكبرات الصوت أو صفارات أخرى.
الفائدة الرئيسية من استخدام هذه السماعات هي أنها رفيعة للغاية ، مما يجعلها عملية في مجموعة متنوعة من الهواتف. حتى محولات السونار ، وكذلك الموجات فوق الصوتية الطبية ، تستخدم مبدأ كهرضغطية معكوس . تشتمل الأجهزة الكهروضغطية العكسية غير الصوتية على مشغلات ومحركات.
كيف تستخدم هذا التأثير؟
ال بلورة كهرضغطية يمكن إجراء الالتواء بطرق مختلفة بترددات مختلفة. يمكن تسمية هذا الالتواء بوضع الاهتزاز. يمكن أن يتم تصميم الكريستال في مجموعة متنوعة من الأشكال لتحقيق أوضاع اهتزاز متنوعة.
هناك العديد من الأوضاع التي تم تمديدها لتشغيل نطاقات تردد عديدة لفهم الأجهزة الصغيرة والفعالة من حيث التكلفة وكذلك عالية الأداء.
تتيح لنا هذه الأوضاع إنشاء منتجات للعمل ضمن نطاق منخفض كيلو هرتز-ميجاهرتز. أوضاع الاهتزاز هي الثني ، الطول ، المنطقة ، نصف القطر ، قص السماكة ، السماكة المحاصرة ، الموجة الصوتية السطحية ، وموجة BGS.
السيراميك مجموعة كبيرة من مواد كهرضغطية . يستخدم Murata أوضاع الاهتزاز المختلفة هذه بالإضافة إلى السيراميك لصنع العديد من المنتجات القيمة مثل أدوات التمييز الخزفية ، والمصائد الخزفية ، والسيراميك BPFs (مرشحات ممر النطاق) ، رنانات سيراميك ، صفارات وكذلك فلاتر SAW.
تطبيقات تأثير كهرضغطية
تشمل تطبيقات التأثير الكهرضغطية ما يلي.
- يرجى الرجوع إلى الرابط لمعرفة المزيد عن مشروع تأثير كهرضغطية يسمى نظام توليد الطاقة .
- كهرضغطية مجسات تُستخدم في التطبيقات الصناعية لمجموعة متنوعة من الاستخدامات مثل مستشعرات ضغط المحرك ، وأجهزة استشعار الضغط ، ومعدات السونار ، إلخ.
- كهرضغطية المحركات تستخدم في التطبيقات الصناعية لمجموعة متنوعة من الاستخدامات مثل محاقن وقود الديزل ، والملفات اللولبية سريعة الاستجابة ، والتعديل البصري ، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية ، واللحام بالموجات فوق الصوتية ، والمحركات الكهرضغطية ، ومشغلات المكدس ، والمشغلات الشريطية ، والمرحلات الكهرضغطية ، إلخ
- محولات كهرضغطية تستخدم في التطبيقات الطبية لمجموعة متنوعة من الاستخدامات مثل التصوير بالموجات فوق الصوتية وإجراءات الموجات فوق الصوتية ،
- تُستخدم مشغلات كهرضغطية في الإلكترونيات الاستهلاكية مثل الطابعات الكهرضغطية (طابعة نقطية وطابعة نفث الحبر) ومكبرات صوت كهرضغطية (الهواتف المحمولة وسماعات الأذن ولعب إنتاج الصوت وبطاقات التهنئة الموسيقية والبالونات الموسيقية). صفارات كهرضغطية ، مرطبات كهرضغطية ، وفرش أسنان إلكترونية.
- تُستخدم المواد الكهرضغطية في التطبيقات الموسيقية مثل آلات التقاط الأدوات والميكروفونات.
- تُستخدم الكهرباء الانضغاطية في تطبيقات الدفاع مثل Micro Robotics ، وتغيير مسار الرصاص ، وما إلى ذلك.
- تُستخدم الكهرباء الانضغاطية في بعض التطبيقات الأخرى مثل الإشعال الكهرضغطية ، وتوليد الكهرباء ، و MEMS (الأنظمة الميكانيكية الإلكترونية الدقيقة) ، ومضارب التنس ، إلخ.
وبالتالي ، فإن هذا كله يتعلق بإلقاء نظرة عامة على تأثير كهرضغطية . من المعلومات الواردة أعلاه ، أخيرًا ، يمكننا أن نستنتج أن التأثير الكهرضغطية هو قدرة مواد معينة على إنتاج الطاقة الكهربائية عند تطبيق الضغط الميكانيكي. الخصائص الرئيسية لهذا التأثير قابلة للانعكاس مما يعني أن المواد التي تولد كهرضغطية مباشر تولد أيضًا تأثير كهرضغطية معكوس. هنا سؤال لك، ما هو تأثير كهرضغطية الموجات فوق الصوتية ؟
