ما هي البيزوكهرباء، ومن مكتشفها

1 إجابة واحدة
طبيبة

تنشأ كلمة كهروضغطية من الكلمة اليونانية “Piezein” ، والتي تعني الضغط, فالكهرباء الضغطية هي عملية استخدام البلورات لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، أو العكس, وهي قدرة مواد معينة على توليد جهد تيار متردد (تيار متناوب) عند تعرضه لضغط ميكانيكي أو اهتزاز، أو توليد اهتزاز عند تعرضه لجهد تيار متردد. توجد الكهرباء الضغطية في الكثير من الأجهزة الإلكترونية التي نستخدمها في حياتنا اليومية, من ساعات الكوارتز إلى السماعات والميكروفونات.

اكتشف جاك و بيير كوري التأثير الكهروضغطي عام 1880. حيث وجدوا أن الضغط المطبق على بلورة الكوارتز يولد شحنة كهربائية في البلورة، وهي الخاصية المباشرة لهذا التأثير, في وقت لاحق، تحققوا أيضًا من أن المجال الكهربائي المطبق على البلورة يؤدي إلى تشوه المادة وبذلك اكتشفوا الخاصية العكسية لهذا التاثير.

يحول التأثير البيزوكهربائي (الكهربائي الانضغاطي) الطاقة الحركية الاهتزازية إلى طاقة كهربائية أي هي قدرة مواد معينة على توليد شحنة كهربائية استجابة للضغط الميكانيكي المطبق, حيث توفر المولدات البيزوكهربائية (حصادات الطاقة) حل قوي وموثوق من خلال تحويل طاقة الاهتزاز المهدرة في البيئة إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام, بالتالي هي مثالية في التطبيقات التي تحتاج إلى شحن بطارية أو مكثف فائق أو أنظمة استشعار عن بعد تعمل بالطاقة مباشرة, هذا التأثير البيزوكهربائي له خاصيتان, الأولى هي التأثير المباشر أي أن المادة لديها القدرة على تحويل الإجهاد الميكانيكي إلى شحنة كهربائية, أما الثانية هي التأثير العكسي، حيث يتم تحويل الإمكانات الكهربائية المطبقة إلى طاقة إجهاد ميكانيكية.

هناك مجموعة متنوعة من المواد الكهربائية الانضغاطية التي يمكنها توصيل التيار الكهربائي، منها الطبيعية ومنها الصنعية. أول مادة كهروضغطية تستخدم في الأجهزة الإلكترونية و المادة الأكثر استخداما هي بلورة الكوارتز. تشمل المواد الكهرضغطية الأخرى الطبيعية سكر القصب وملح روشيل والتوباز والتورمالين وحتى العظام.

إذا قمت بالضغط الميكانيكي على البلورة الكهربائية الانضغاطية، فإن الهيكل يتشوه، ويتم دفع الذرات حولها، وفجأة نحصل على بلورة يمكنها توصيل التيار الكهربائي. إذا أخذت نفس البلورة الكهرابئية الانضغاطية وقمت بتطبيق تيار كهربائي عليها، فسوف تتوسع البلورة وتتقلص، وتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية عندئذ.

السمة الأكثر تميزا لهذا التأثير هو أنه يعمل بطريقتين, حيث يمكنك تطبيق الطاقة الميكانيكية أو الطاقة الكهربائية على نفس المواد الكهروضغطية والحصول على نتيجة عكسية.

يسمى تطبيق الطاقة الميكانيكية على البلورة بتأثير كهروضغطي مباشر ويعمل على النحو التالي:

يتم وضع الكريستال الكهروضغطي بين لوحين معدنيين, و عند هذه النقطة تكون المادة في حالة توازن مثالي والتيار الكهربائي ساكن يكون, عند تطبيق الضغط الميكانيكي على المواد عن طريق الصفائح المعدنية، تندفع الشحنات الكهربائية داخل البلورة إلى حالة عدم التوازن حيث تظهر الشحنات السلبية والإيجابية الزائدة على جانبي الوجه البلوري.

تجمع الصفائح المعدنية هذه الشحنات، والتي يمكن استخدامها لإنتاج جهد وإرسال تيار كهربائي من خلال دائرة تأثير كهرضغطية.

للكهرباء الانضغاطية أفق واسع مستقبلا, يؤكد المخترعون أن الهدف الأساسي لتجاربهم هو توظيف استخدام الكهرباء الانضغطية لحصاد الطاقة, مستقبلا قد نجد أجهزة كهروضغطية في الهاتف الذكي يمكن تنشيطها من الحركة البسيطة لجسمك لإبقائها مشحونة.

وعند التفكير بشكل موسع أكثر ، قد يتم تضمين نظام كهروضغطي تحت رصيف الطريق السريع الذي يمكن تنشيطه بواسطة عجلات السيارات المتنقلة، يمكن عندئذ استخدام هذه الطاقة في أعمدة الإضاءة أو غيرها من الأجهزة القريبة.

أكمل القراءة

0

هل لديك إجابة على "ما هي البيزوكهرباء، ومن مكتشفها"؟