पायरोइलेक्ट्रिसिटी-शोध, भौतिक आधार आणि अनुप्रयोग

शोधांचा इतिहास

पौराणिक कथा अशी आहे की पायरोइलेक्ट्रिकिटीच्या पहिल्या नोंदी प्राचीन ग्रीक तत्वज्ञानी आणि वनस्पतिशास्त्रज्ञ थेओफ्रास्टस यांनी 314 ईसा पूर्व मध्ये केल्या होत्या. या नोंदींनुसार, थिओफ्रास्टसने एकदा लक्षात घेतले की खनिज टूमलाइनचे क्रिस्टल्स, जेव्हा गरम होतात तेव्हा राख आणि पेंढाचे तुकडे आकर्षित करू लागतात. बर्‍याच नंतर, 1707 मध्ये, जर्मन खोदकाम करणारा जोहान श्मिट याने पायरोइलेक्ट्रिकिटीची घटना पुन्हा शोधली.

आणखी एक आवृत्ती आहे, ज्यानुसार पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा शोध प्रसिद्ध प्राचीन ग्रीक तत्त्वज्ञ आणि प्रवासी थेल्स ऑफ मिलेटस यांना दिला जातो, ज्याने या आवृत्तीनुसार, ईसापूर्व 6 व्या शतकाच्या सुरूवातीस हा शोध लावला. N. E. पूर्वेकडील देशांमध्ये प्रवास करून, थेल्सने खनिजे आणि खगोलशास्त्रावर टिपा काढल्या.

घासलेल्या एम्बरच्या पेंढा आणि खालच्या दिशेने आकर्षित करण्याच्या क्षमतेचा अभ्यास करून, तो घर्षणाद्वारे विद्युतीकरणाच्या घटनेचा शास्त्रीय अर्थ लावू शकला. प्लेटो नंतर या कथेचे वर्णन टिमायस संवादात करेल.प्लेटो नंतर, आधीच 10 व्या शतकात, पर्शियन तत्वज्ञानी अल-बिरुनी यांनी त्यांच्या "खनिजशास्त्र" मध्ये गार्नेट क्रिस्टल्सच्या समान गुणधर्मांचे वर्णन केले आहे.

1757 मध्ये जेव्हा फ्रांझ एपिनस आणि जोहान विल्के यांनी विशिष्ट पदार्थांच्या ध्रुवीकरणाचा अभ्यास करण्यास सुरुवात केली तेव्हा क्रिस्टल्स आणि इतर तत्सम विद्युत घटनांमधील संबंध सिद्ध झाला आणि विकसित झाला.

127 वर्षांनंतर, जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ ऑगस्ट कुंडट एक ज्वलंत प्रयोग दर्शवेल ज्यामध्ये तो टूमलाइन क्रिस्टल गरम करेल आणि लाल शिसे आणि सल्फर पावडरच्या मिश्रणासह चाळणीतून ओतेल. सल्फर सकारात्मक चार्ज होईल आणि लाल लीड नकारात्मक चार्ज होईल, परिणामी टूमलाइन क्रिस्टलच्या एका बाजूला लाल-केशरी लाल शिसे रंगेल आणि दुसरी बाजू चमकदार पिवळ्या-राखाडीने झाकली जाईल. त्यानंतर ऑगस्ट कुंडने टूमलाइन थंड केले, क्रिस्टलची "ध्रुवीयता" बदलली आणि रंगांनी ठिकाणे बदलली. प्रेक्षकांना आनंद झाला.

या घटनेचा सार असा आहे की जेव्हा टूमलाइन क्रिस्टलचे तापमान फक्त 1 अंशाने बदलते तेव्हा क्रिस्टलमध्ये सुमारे 400 व्होल्ट प्रति सेंटीमीटरचे विद्युत क्षेत्र दिसते. लक्षात घ्या की टूमलाइन, सर्व पायरोइलेक्ट्रिक्सप्रमाणे, दोन्ही आहेत पायझोइलेक्ट्रिक (तसे, सर्व पायझोइलेक्ट्रिक्स पायरोइलेक्ट्रिक्स नसतात).

भौतिक पाया

भौतिकदृष्ट्या, पायरोइलेक्ट्रिकिटीची घटना त्यांच्या तापमानातील बदलामुळे क्रिस्टल्समध्ये विद्युत क्षेत्र दिसणे म्हणून परिभाषित केली जाते. तापमानातील बदल थेट गरम, घर्षण किंवा रेडिएशनमुळे होऊ शकतो. या क्रिस्टल्समध्ये बाह्य प्रभावांच्या अनुपस्थितीत उत्स्फूर्त (उत्स्फूर्त) ध्रुवीकरणासह डायलेक्ट्रिक्स समाविष्ट आहेत.

उत्स्फूर्त ध्रुवीकरण सहसा लक्षात येत नाही कारण ते निर्माण केलेले विद्युत क्षेत्र मुक्त शुल्काच्या विद्युत क्षेत्राद्वारे ऑफसेट केले जाते जे क्रिस्टलवर आसपासच्या हवेद्वारे आणि क्रिस्टलच्या मोठ्या प्रमाणात लागू केले जाते. जेव्हा क्रिस्टलचे तापमान बदलते, तेव्हा त्याच्या उत्स्फूर्त ध्रुवीकरणाची तीव्रता देखील बदलते, ज्यामुळे विद्युत क्षेत्राचे स्वरूप येते, जे विनामूल्य शुल्कासह भरपाई होण्यापूर्वी पाहिले जाते.

पायरोइलेक्ट्रिक्सच्या उत्स्फूर्त ध्रुवीकरणात बदल केवळ त्यांच्या तापमानातील बदलानेच नव्हे तर यांत्रिक विकृतीद्वारे देखील सुरू केला जाऊ शकतो. म्हणूनच सर्व पायरोइलेक्ट्रिक्स देखील पायझोइलेक्ट्रिक्स असतात, परंतु सर्व पायझोइलेक्ट्रिक्स पायरोइलेक्ट्रिक्स नसतात. उत्स्फूर्त ध्रुवीकरण, म्हणजेच क्रिस्टलच्या आतील नकारात्मक आणि सकारात्मक शुल्कांच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या केंद्रांमधील जुळत नाही, हे क्रिस्टलच्या कमी नैसर्गिक सममितीने स्पष्ट केले आहे.

पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे अनुप्रयोग

आज, रेडिएशन रिसीव्हर्स आणि डिटेक्टर, थर्मामीटर इत्यादींचा भाग म्हणून, पायरोइलेक्ट्रिक्सचा वापर विविध उद्देशांसाठी सेन्सिंग उपकरण म्हणून केला जातो. ही सर्व उपकरणे पायरोइलेक्ट्रिक्सच्या मुख्य गुणधर्माचा फायदा घेतात—नमुन्यावर कार्य करणार्‍या कोणत्याही प्रकारच्या रेडिएशनमुळे नमुन्याच्या तापमानात बदल होतो आणि त्याच्या ध्रुवीकरणात संबंधित बदल होतो. जर या प्रकरणात नमुन्याची पृष्ठभाग प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड्सने झाकलेली असेल आणि हे इलेक्ट्रोड तारांनी मापन सर्किटशी जोडलेले असतील तर या सर्किटमधून विद्युत प्रवाह वाहेल.

आणि जर पायरोइलेक्ट्रिक कन्व्हर्टरच्या इनपुटवर कोणत्याही प्रकारच्या किरणोत्सर्गाचा प्रवाह असेल, ज्यामुळे पायरोइलेक्ट्रिकच्या तापमानात चढ-उतार होतात (कालावधी प्राप्त होते, उदाहरणार्थ, रेडिएशन तीव्रतेच्या कृत्रिम मॉड्युलेशनद्वारे), तर विद्युत प्रवाह आहे. आउटपुटवर प्राप्त होते, जे विशिष्ट वारंवारतेसह देखील बदलते.

पायरोइलेक्ट्रिक रेडिएशन डिटेक्टरच्या फायद्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे: शोधलेल्या रेडिएशनच्या फ्रिक्वेन्सीची अमर्याद विस्तृत श्रेणी, उच्च संवेदनशीलता, उच्च गती, थर्मल स्थिरता. इन्फ्रारेड प्रदेशात पायरोइलेक्ट्रिक रिसीव्हर्सचा वापर विशेषतः आशादायक आहे.

ते कमी-पावर थर्मल ऊर्जा प्रवाह शोधणे, लहान लेसर डाळींची शक्ती आणि आकार मोजणे आणि अत्यंत संवेदनशील नसलेले आणि संपर्क तापमान मोजणे (मायक्रोडिग्री अचूकतेसह) समस्या सोडवतात.

आज, थर्मल ऊर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये थेट रूपांतर करण्यासाठी पायरोइलेक्ट्रिक्स वापरण्याच्या शक्यतेवर गांभीर्याने चर्चा केली जाते: तेजस्वी ऊर्जेचा पर्यायी प्रवाह पायरोइलेक्ट्रिक घटकाच्या बाह्य सर्किटमध्ये एक वैकल्पिक प्रवाह निर्माण करतो. आणि जरी अशा उपकरणाची कार्यक्षमता विद्यमान ऊर्जा रूपांतरण पद्धतींपेक्षा कमी आहे, तरीही काही विशेष अनुप्रयोगांसाठी ही रूपांतरण पद्धत स्वीकार्य आहे.

इन्फ्रारेड इमेजिंग सिस्टीम (नाईट व्हिजन इ.) मध्ये रेडिएशनच्या स्थानिक वितरणाची कल्पना करण्यासाठी पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव वापरण्याची आधीच वापरलेली शक्यता विशेषतः आशादायक आहे. पायरोइलेक्ट्रिक विडिकॉन तयार केले - पायरोइलेक्ट्रिक टार्गेटसह उष्णता प्रसारित करणार्‍या टेलिव्हिजन ट्यूब.

उबदार वस्तूची प्रतिमा लक्ष्यावर प्रक्षेपित केली जाते, त्यावर चार्जचे संबंधित आराम तयार केले जाते, जे स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन बीमद्वारे वाचले जाते. इलेक्ट्रॉन बीम करंटद्वारे तयार केलेला विद्युतीय व्होल्टेज त्या बीमची चमक नियंत्रित करतो जी स्क्रीनवरील ऑब्जेक्टची प्रतिमा रंगवते.