पायरोइलेक्ट्रिसिटी-डिस्कवरी, भौतिक आधार और अनुप्रयोग

खोजों का इतिहास

किंवदंती है कि पायरोइलेक्ट्रिकिटी का पहला रिकॉर्ड 314 ईसा पूर्व में प्राचीन यूनानी दार्शनिक और वनस्पतिशास्त्री थियोफ्रेस्टस द्वारा बनाया गया था। इन अभिलेखों के अनुसार, थियोफ्रेस्टस ने एक बार देखा कि खनिज टूमलाइन के क्रिस्टल गर्म होने पर राख और पुआल के टुकड़ों को आकर्षित करने लगे। बहुत बाद में, 1707 में, जर्मन उकेरक जोहान श्मिट द्वारा पायरोइलेक्ट्रिकिटी की घटना को फिर से खोजा गया।

एक और संस्करण है, जिसके अनुसार पाइरोइलेक्ट्रिकिटी की खोज का श्रेय प्रसिद्ध प्राचीन यूनानी दार्शनिक और यात्री थेल्स ऑफ़ मिलेटस को दिया जाता है, जिन्होंने इस संस्करण के अनुसार, ईसा पूर्व छठी शताब्दी की शुरुआत में खोज की थी। एन. ई. पूर्वी देशों की यात्रा करते हुए, थेल्स ने खनिजों और खगोल विज्ञान पर नोट्स बनाए।

घिसे हुए एम्बर की तिनके और नीचे की ओर आकर्षित करने की क्षमता की जांच करके, वह घर्षण द्वारा विद्युतीकरण की घटना की वैज्ञानिक रूप से व्याख्या करने में सक्षम था। प्लेटो ने बाद में इस कहानी का वर्णन तिमाईस संवाद में किया।प्लेटो के बाद, पहले से ही 10 वीं शताब्दी में, फ़ारसी दार्शनिक अल-बिरूनी ने अपने काम "मिनरोलॉजी" में गार्नेट क्रिस्टल के समान गुणों का वर्णन किया था।

क्रिस्टल और अन्य समान विद्युत घटनाओं की पाइरोइलेक्ट्रिकिटी के बीच संबंध 1757 में सिद्ध और विकसित होगा, जब फ्रांज एपिनस और जोहान विल्के ने कुछ सामग्रियों के ध्रुवीकरण का अध्ययन करना शुरू किया, क्योंकि वे एक दूसरे के खिलाफ रगड़ते थे।

127 वर्षों के बाद, जर्मन भौतिक विज्ञानी अगस्त कुंडट एक ज्वलंत प्रयोग दिखाएंगे जिसमें वह एक टूमलाइन क्रिस्टल को गर्म करेंगे और इसे छलनी के माध्यम से लाल सीसा और सल्फर पाउडर के मिश्रण के साथ डालेंगे। सल्फर को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाएगा और रेड लेड को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप टूमलाइन क्रिस्टल के एक तरफ लाल-नारंगी लाल सीसा रंग होगा और दूसरी तरफ चमकीले पीले-ग्रे में कवर किया जाएगा। अगस्त कुंड ने फिर टूमलाइन को ठंडा किया, क्रिस्टल की "ध्रुवीयता" बदल गई और रंग बदल गए। दर्शक प्रसन्न हुए।

घटना का सार यह है कि जब टूमलाइन क्रिस्टल का तापमान केवल 1 डिग्री बदलता है, तो क्रिस्टल में लगभग 400 वोल्ट प्रति सेंटीमीटर का विद्युत क्षेत्र दिखाई देता है। ध्यान दें कि टूमलाइन, सभी पायरोइलेक्ट्रिक्स की तरह, दोनों है piezoelectric (वैसे, सभी पीजोइलेक्ट्रिक्स पाइरोइलेक्ट्रिक्स नहीं हैं)।

भौतिक नींव

भौतिक रूप से, पाइरोइलेक्ट्रिकिटी की घटना को उनके तापमान में परिवर्तन के कारण क्रिस्टल में एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति के रूप में परिभाषित किया गया है। तापमान में परिवर्तन प्रत्यक्ष ताप, घर्षण या विकिरण के कारण हो सकता है। इन क्रिस्टल में बाहरी प्रभावों की अनुपस्थिति में सहज (सहज) ध्रुवीकरण के साथ डाइलेक्ट्रिक्स शामिल हैं।

सहज ध्रुवीकरण आमतौर पर ध्यान नहीं दिया जाता है क्योंकि यह जो विद्युत क्षेत्र बनाता है वह मुक्त आवेशों के विद्युत क्षेत्र द्वारा ऑफसेट होता है जो क्रिस्टल पर आसपास की हवा और क्रिस्टल के थोक द्वारा लगाया जाता है। जब क्रिस्टल का तापमान बदलता है, तो इसके सहज ध्रुवीकरण का परिमाण भी बदल जाता है, जिससे एक विद्युत क्षेत्र का आभास होता है, जो मुक्त आवेशों के साथ क्षतिपूर्ति होने से पहले देखा जाता है।

पाइरोइलेक्ट्रिक्स के सहज ध्रुवीकरण में परिवर्तन न केवल उनके तापमान में परिवर्तन से, बल्कि यांत्रिक विरूपण द्वारा भी शुरू किया जा सकता है। इसीलिए सभी पायरोइलेक्ट्रिक्स भी पीजोइलेक्ट्रिक्स हैं, लेकिन सभी पीजोइलेक्ट्रिक्स पाइरोइलेक्ट्रिक्स नहीं हैं। सहज ध्रुवीकरण, यानी क्रिस्टल के अंदर नकारात्मक और सकारात्मक आवेशों के गुरुत्वाकर्षण के केंद्रों का बेमेल होना, क्रिस्टल की कम प्राकृतिक समरूपता द्वारा समझाया गया है।

पायरोइलेक्ट्रिसिटी के अनुप्रयोग

आज, पायरोइलेक्ट्रिक्स का उपयोग विभिन्न प्रयोजनों के लिए संवेदन उपकरणों के रूप में किया जाता है, विकिरण रिसीवर और डिटेक्टर, थर्मामीटर आदि के हिस्से के रूप में। ये सभी उपकरण पाइरोइलेक्ट्रिक्स की एक प्रमुख संपत्ति का उपयोग करते हैं - नमूने पर किसी भी प्रकार का विकिरण कार्य करने से नमूने के तापमान में परिवर्तन होता है और इसके ध्रुवीकरण में परिवर्तन होता है। यदि इस मामले में नमूने की सतह को प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड के साथ कवर किया जाता है और ये इलेक्ट्रोड तारों द्वारा मापने वाले सर्किट से जुड़े होते हैं, तो इस सर्किट के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह प्रवाहित होगा।

और अगर किसी पाइरोइलेक्ट्रिक कनवर्टर के इनपुट पर किसी भी तरह के विकिरण का प्रवाह होता है, जो पायरोइलेक्ट्रिक के तापमान में उतार-चढ़ाव का कारण बनता है (आवधिकता प्राप्त होती है, उदाहरण के लिए, विकिरण की तीव्रता के कृत्रिम मॉडुलन द्वारा), तो एक विद्युत प्रवाह होता है आउटपुट पर प्राप्त होता है, जो एक निश्चित आवृत्ति के साथ बदलता भी है।

पाइरोइलेक्ट्रिक विकिरण डिटेक्टरों के फायदों में शामिल हैं: ज्ञात विकिरण, उच्च संवेदनशीलता, उच्च गति, थर्मल स्थिरता की आवृत्तियों की एक असीम विस्तृत श्रृंखला। इन्फ्रारेड क्षेत्र में पाइरोइलेक्ट्रिक रिसीवर का उपयोग विशेष रूप से आशाजनक है।

वे वास्तव में कम-शक्ति तापीय ऊर्जा प्रवाह का पता लगाने, लघु लेजर दालों की शक्ति और आकार को मापने, और अत्यधिक संवेदनशील गैर-संपर्क और संपर्क तापमान माप (माइक्रोडिग्री सटीकता के साथ) की समस्या को हल करते हैं।

आज, थर्मल ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए पाइरोइलेक्ट्रिक्स का उपयोग करने की संभावना पर गंभीरता से चर्चा की जाती है: उज्ज्वल ऊर्जा का एक वैकल्पिक प्रवाह पायरोइलेक्ट्रिक तत्व के बाहरी सर्किट में एक वैकल्पिक प्रवाह उत्पन्न करता है। और यद्यपि ऐसे उपकरण की दक्षता मौजूदा ऊर्जा रूपांतरण विधियों की तुलना में कम है, फिर भी कुछ विशेष अनुप्रयोगों के लिए यह रूपांतरण विधि काफी स्वीकार्य है।

इन्फ्रारेड इमेजिंग सिस्टम (रात्रि दृष्टि, आदि) में विकिरण के स्थानिक वितरण को देखने के लिए पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करने की पहले से ही उपयोग की जाने वाली संभावना विशेष रूप से आशाजनक है। पाइरोइलेक्ट्रिक विडकॉन्स बनाया - एक पायरोइलेक्ट्रिक लक्ष्य के साथ गर्मी-संचारण टेलीविजन ट्यूब।

एक गर्म वस्तु की छवि को एक लक्ष्य पर प्रक्षेपित किया जाता है, उस पर चार्ज की इसी राहत का निर्माण किया जाता है, जिसे एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा पढ़ा जाता है। इलेक्ट्रॉन बीम करंट द्वारा निर्मित विद्युत वोल्टेज बीम की चमक को नियंत्रित करता है जो स्क्रीन पर वस्तु की छवि को चित्रित करता है।