التأثير الكهروضغطي وتطبيقاته في التكنولوجيا
في عام 1880 ، اكتشف الأخوان جاك وبيير كوري أنه عندما يتم ضغط أو شد بلورات طبيعية معينة ، تنشأ شحنات كهربائية عند حواف البلورات. أطلق الأخوان على هذه الظاهرة اسم "الكهرباء الانضغاطية" (الكلمة اليونانية "بيزو" تعني "الضغط") ، وأطلقوا هم أنفسهم على هذه البلورات بلورات كهرضغطية.
كما اتضح ، فإن بلورات التورمالين والكوارتز والبلورات الطبيعية الأخرى ، بالإضافة إلى العديد من البلورات المزروعة صناعياً ، لها تأثير كهرضغطية. تُضاف هذه البلورات بانتظام إلى قائمة البلورات الكهروضغطية المعروفة بالفعل.
عندما يتم شد أو ضغط بلورة كهرضغطية في الاتجاه المطلوب ، تظهر شحنات كهربائية معاكسة مع فرق جهد بسيط على بعض أسطحها.
إذا وضعنا أقطابًا كهربائية متصلة ببعضها البعض على هذه الوجوه ، ففي لحظة ضغط أو شد البلورة ، ستظهر نبضة كهربائية قصيرة في الدائرة التي تشكلها الأقطاب الكهربائية.سيكون هذا مظهرًا من مظاهر التأثير الكهروإجهادي ... عند الضغط المستمر ، لن يحدث مثل هذا الدافع.
تجعل الخصائص الكامنة في هذه البلورات من الممكن إنتاج أدوات دقيقة وحساسة.
البلورة الكهروإجهادية مرنة للغاية. عندما تتشوه القوة ، تعود البلورة إلى حجمها وشكلها الأصليين دون القصور الذاتي. يجدر بذل جهد مرة أخرى أو تغيير ما تم تطبيقه بالفعل ، وسوف يستجيب على الفور بدافع حالي جديد. إنه أفضل مسجل للوصول إلى اهتزازات ميكانيكية ضعيفة جدًا. التيار في دائرة البلورة المهتزة صغير وكان هذا حجر عثرة أثناء اكتشاف التأثير الكهروضغطي من قبل الأخوين كوري.
في التكنولوجيا الحديثة ، هذا ليس عقبة ، لأن التيار يمكن تضخيمه ملايين المرات. من المعروف الآن أن بعض البلورات لها تأثير كهربائي انضغاطي كبير جدًا. ويمكن أن ينتقل التيار الناتج منها عبر الأسلاك لمسافات طويلة ، حتى بدون تضخيم مسبق.
تم استخدام البلورات الكهرضغطية في الكشف عن الخلل بالموجات فوق الصوتية لاكتشاف العيوب في المنتجات المعدنية. في المحولات الكهروميكانيكية لتثبيت التردد اللاسلكي ، في مرشحات الاتصالات الهاتفية متعددة القنوات عند إجراء عدة محادثات في وقت واحد على سلك واحد ، في مجسات الضغط وكسب، في المحولات ، في لحام بالموجات فوق الصوتية - في العديد من المجالات التقنية ، اتخذت البلورات الكهروإجهادية موقعها الثابت.
من الخصائص المهمة للبلورات الكهروإجهادية أيضًا التأثير الكهرضغطية العكسي ... إذا تم تطبيق شحنة إشارات معاكسة على أسطح معينة من البلورة ، فسيتم تشوه البلورات نفسها في هذه الحالة.إذا تم تطبيق اهتزازات كهربائية بتردد صوتي على بلورة ، فستبدأ في الاهتزاز بنفس التردد وستثار الموجات الصوتية في الهواء المحيط. لذلك يمكن أن تعمل البلورة نفسها كميكروفون ومكبر صوت.
ميزة أخرى لبلورات كهرضغطية تجعلها جزءًا لا يتجزأ من تكنولوجيا الراديو الحديثة. بامتلاكها التردد الطبيعي للاهتزازات الميكانيكية ، تبدأ البلورة بالاهتزاز بقوة خاصة في اللحظة التي يتزامن معها تردد الجهد المتناوب المطبق.
هذا مظهر من مظاهر الرنين الكهروميكانيكي ، على أساسه يتم إنشاء مثبتات كهرضغطية ، بسبب استمرار التردد المستمر في مولدات التذبذبات المستمرة.
إنها تستجيب بطريقة مشابهة للاهتزازات الميكانيكية التي يتطابق ترددها مع تردد الاهتزاز الطبيعي للبلورة الكهروضغطية. يتيح لك هذا إنشاء أجهزة صوتية تختار من بين جميع الأصوات التي تصل إليها فقط تلك المطلوبة لغرض أو لآخر.
لا تؤخذ البلورات الكاملة للأجهزة الكهرضغطية. يتم تقطيع البلورات إلى طبقات موجهة بدقة فيما يتعلق بمحاورها البلورية ، وتصنع هذه الطبقات في لوحات مستطيلة أو دائرية ، والتي يتم صقلها بعد ذلك إلى حجم معين. يتم الحفاظ على سماكة الألواح بعناية لأن تردد الرنين للتذبذب يعتمد عليها. تسمى واحدة أو أكثر من اللوحات المتصلة بطبقات معدنية على سطحين عريضين عناصر كهرضغطية.