كهرباء انضغاطية

قرص كهربائي انضغاطي يولد فرق جهد عند توليد ضغط عليه (تغير الشكل مكبر كثيرا لغرض التوضيح)

الكهرباء الانضغاطية هو قدرة بعض المواد (وخصوصا الكريستال، وبعض المواد السيراميكية، بما فيها العظم) على توليد كمون كهربائي استجابة لتطبيق إجهاد ميكانيكي. هذا قد يأخذ شكل لفصل الشحنة الكهربائية عبر البنية البللورية. إذا كانت هذه المواد غير مقصورة الدارة، فإن الشحنة المطبقة ستولد جهد كهربائي في المادة.

تأثير الكهرباء الانضغاطية هو تأثير عكوس، بحيث يتولد إجهاد ميكانيكي في المادة عند إخضاعها لفرق جهد كهربائي.

لهذا الأثر تطبيقات مفيدة مثل إنتاج واستشعار الصوت، وتوليد جهد كهربائي عالي، توليد تردد إلكتروني، الموازين الدقيقة.

تاريخ

اكتشاف والبحث

اكتشفت ظاهرة الكهرباء الانضغاطية في العام 1880 بواسطة الأخوين بيار كوري و جاك كوري. وذلك من خلال عملهما وخبرتهما في الكهرباء الحرارية pyroelectricity (توليد الكهرباء بواسطة التسخين) وعلاقة ذلك بالتركيب البلوري حيث توقعا أن يكون للضغط أيضا تأثير لتوليد الكهرباء وبالفعل تمكنا من إثبات ذلك على بلورة الكوارتز والتورمالين والزبرجد وقصب السكر وطرطرات الصوديوم والبوتاسيوم، ووجدا أن بلورتي الكوارتز وطرطرات الصوديوم والبوتاسيوم تظهرا الخواص الكهربية بالضغط أكثر من غيرهم.

آلية العمل

في بلورة المادة الكهربائية الانضغاطية تكون الشحنات السلبية والموجبة مفصولة، ولكن موزعة بشكل متناظر، بحيث تكون الشبكة البلورية متعادلة كهربائيا بشكل عام. يشكل كل من هذه الأطراف ثنائي أقطاب كهربائي، وعادة تميل ثنائيات الأقطاب القريبة من بعضها البعض إلى أن تكون متسقة في مناطق تدعى "مجالات فايس" Weiss domains. تكون هذه المجالات عادة موجهة عشوائيا، ولكن يمكن أن تكون متسقة خلال الاستقطاب (يختلف هذا عن عملية الاستقطاب المغناطيسي)، والذي يتم من خلال تطبيق مجال كهربائي قوي عبر المادة عادة في درجات حرارة مرتفعة.

عند تطبيق جهد ميكانيكي يتشوه التوضع المتناظر للشحنات وهذا يؤدي إلى توليد الجهد الكهربائي عبر المادة. على سبيل المثال إن طبق 2 كيلو نيوتن من القوة على 1 سم³ من الكوارتز يمكن أن تنتج من الجهد 12500 فولت.

اقرأ أيضا

• مكون إلكتروني
• مجس كهروضغطي