پیزو الیکٹرک عنصر کیسے کام کرتا ہے اور پیزو الیکٹرک اثر کیا ہے۔

پیزو الیکٹرک اثر فرانسیسی سائنس دانوں کیوری برادران نے 19ویں صدی کے آخر میں دریافت کیا تھا۔ اس وقت، دریافت شدہ رجحان کے عملی اطلاق کے بارے میں بات کرنا بہت جلد تھا، لیکن فی الحال، پیزو الیکٹرک عناصر ٹیکنالوجی اور روزمرہ کی زندگی دونوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔

پیزو الیکٹرک اثر کا جوہر

مشہور طبیعیات دانوں نے ثابت کیا ہے کہ جب کچھ کرسٹل (راک کرسٹل، ٹورمالائن وغیرہ) بگڑ جاتے ہیں تو ان کے چہروں پر برقی چارجز پیدا ہو جاتے ہیں۔ ایک ہی وقت میں، ممکنہ فرق چھوٹا تھا، لیکن اسے اس وقت موجود آلات نے اعتماد کے ساتھ طے کیا تھا، اور کنڈکٹرز کا استعمال کرتے ہوئے مخالف قطبی چارجز والے حصوں کو جوڑ کر، یہ حاصل کرنا ممکن تھا۔ بجلی. رجحان صرف حرکیات میں، کمپریشن یا کھینچنے کے وقت طے کیا گیا تھا۔ جامد موڈ میں اخترتی پیزو الیکٹرک اثر کا سبب نہیں بنی۔

جلد ہی، اس کے برعکس اثر کو نظریاتی طور پر جائز قرار دیا گیا اور عملی طور پر دریافت کیا گیا - جب وولٹیج کا اطلاق کیا گیا تو کرسٹل کی شکل بگڑ گئی۔اس سے معلوم ہوا کہ دونوں مظاہر ایک دوسرے سے جڑے ہوئے ہیں - اگر کوئی مادہ براہ راست پیزو الیکٹرک اثر دکھاتا ہے، تو اس کے برعکس بھی موروثی ہے، اور اس کے برعکس۔

اس رجحان کا مشاہدہ ان مادوں میں کیا جاتا ہے جن میں انیسوٹروپک قسم کے کرسٹل جالی (جن کی طبعی خصوصیات سمت کے لحاظ سے مختلف ہوتی ہیں) کے ساتھ ساتھ کچھ پولی کرسٹل ڈھانچے بھی ہوتے ہیں۔

کسی بھی ٹھوس جسم میں، لاگو بیرونی قوتیں اخترتی اور میکانکی دباؤ کا باعث بنتی ہیں، اور پیزو الیکٹرک اثر والے مادوں میں، وہ چارجز کے پولرائزیشن کا بھی سبب بنتے ہیں، اور پولرائزیشن کا انحصار لاگو قوت کی سمت پر ہوتا ہے۔ نمائش کی سمت تبدیل کرتے وقت، پولرائزیشن کی سمت اور چارجز کی قطبیت دونوں بدل جاتی ہیں۔ مکینیکل تناؤ پر پولرائزیشن کا انحصار لکیری ہے اور اسے P=dt کے اظہار سے بیان کیا گیا ہے، جہاں t مکینیکل تناؤ ہے، اور d ایک عدد ہے جسے پیزو الیکٹرک ماڈیول (پیزو الیکٹرک ماڈیول) کہا جاتا ہے۔

اسی طرح کا واقعہ ریورس پیزو الیکٹرک اثر کے ساتھ ہوتا ہے۔ جب لاگو برقی میدان کی سمت بدل جاتی ہے، تو اخترتی کی سمت بدل جاتی ہے۔ یہاں انحصار بھی لکیری ہے: r=dE، جہاں E الیکٹرک فیلڈ کی طاقت ہے اور r تناؤ ہے۔ گتانک d تمام مادوں کے لیے براہ راست اور الٹا پیزو الیکٹرک اثرات کے لیے یکساں ہے۔

درحقیقت، مندرجہ بالا مساوات صرف اندازے ہیں۔ اصل انحصار بہت زیادہ پیچیدہ ہیں اور کرسٹل محوروں کی نسبت قوتوں کی سمت سے بھی متعین ہوتے ہیں۔

پیزو الیکٹرک اثر کے ساتھ مادہ

پہلی بار، پیزو الیکٹرک اثر راک کرسٹل (کوارٹج) میں پایا گیا۔ آج تک، یہ مواد پیزو الیکٹرک عناصر کی تیاری میں بہت عام ہے، لیکن پیداوار میں نہ صرف قدرتی مواد استعمال ہوتا ہے۔

بہت سے پیزو الیکٹرکس ABO فارمولے والے مادوں سے بنائے جاتے ہیں۔₃، جیسے BaTiO₃، РbТiO₃. ان مواد میں پولی کرسٹل لائن (بہت سے کرسٹل پر مشتمل) ڈھانچہ ہے، اور انہیں پیزو الیکٹرک اثر ظاہر کرنے کی صلاحیت فراہم کرنے کے لیے، انہیں بیرونی برقی میدان کا استعمال کرتے ہوئے پولرائزیشن کا نشانہ بنایا جانا چاہیے۔

ایسی ٹیکنالوجیز ہیں جو فلم پیزو الیکٹرکس (پولی وینیلائیڈین فلورائیڈ وغیرہ) حاصل کرنا ممکن بناتی ہیں۔ انہیں ضروری خصوصیات دینے کے لیے، انہیں برقی میدان میں لمبے عرصے تک پولرائز کرنے کی بھی ضرورت ہے۔ اس طرح کے مواد کا فائدہ ایک بہت چھوٹی موٹائی ہے.

پیزو الیکٹرک اثر والے مادوں کی خصوصیات اور خصوصیات

چونکہ پولرائزیشن صرف لچکدار اخترتی کے دوران ہوتی ہے، اس لیے پیزومیٹریل کی ایک اہم خصوصیت بیرونی قوتوں کے عمل کے تحت شکل بدلنے کی صلاحیت ہے۔ اس قابلیت کی قدر کا تعین لچکدار تعمیل (یا لچکدار سختی) سے ہوتا ہے۔

پیزو الیکٹرک اثر والے کرسٹل انتہائی لچکدار ہوتے ہیں - جب قوت (یا بیرونی تناؤ) کو ہٹا دیا جاتا ہے تو وہ اپنی اصلی شکل میں واپس آجاتے ہیں۔

Piezocrystals کی اپنی مکینیکل گونج فریکوئنسی بھی ہوتی ہے۔ اگر آپ اس فریکوئنسی پر کرسٹل وائبریٹ کرتے ہیں تو طول و عرض خاص طور پر بڑا ہوگا۔

 

چونکہ پیزو الیکٹرک اثر نہ صرف پورے کرسٹل سے ظاہر ہوتا ہے، بلکہ ان کی پلیٹوں سے بھی کچھ مخصوص حالات میں کاٹا جاتا ہے، اس لیے کٹ کے ہندسی طول و عرض اور سمت کے لحاظ سے، مختلف تعدد پر گونج کے ساتھ پیزو الیکٹرک مادوں کے ٹکڑے حاصل کرنا ممکن ہے۔

اس کے علاوہ، پیزو الیکٹرک مواد کی کمپن خصوصیات ایک میکانی معیار کے عنصر کی طرف سے خصوصیات ہیں. یہ دکھاتا ہے کہ گونجنے والی فریکوئنسی پر دوغلوں کا طول و عرض مساوی لاگو قوت کے ساتھ کتنی بار بڑھتا ہے۔

درجہ حرارت پر پیزو الیکٹرک کی خصوصیات کا واضح انحصار ہے، جسے کرسٹل استعمال کرتے وقت دھیان میں رکھنا چاہیے۔ یہ انحصار گتانک کی طرف سے خصوصیات ہے:

• گونجنے والی فریکوئنسی کا درجہ حرارت کا گتانک ظاہر کرتا ہے کہ جب کرسٹل کو گرم / ٹھنڈا کیا جاتا ہے تو گونج کتنی دور ہو جاتی ہے۔
• درجہ حرارت کی توسیع کا گتانک اس بات کا تعین کرتا ہے کہ پیزو الیکٹرک پلیٹ کے لکیری طول و عرض درجہ حرارت کے ساتھ کتنے بدلتے ہیں۔

ایک خاص درجہ حرارت پر، پیزوکرسٹل اپنی خصوصیات کھو دیتا ہے۔ اس حد کو کیوری درجہ حرارت کہا جاتا ہے۔ یہ حد ہر مواد کے لیے انفرادی ہے۔ مثال کے طور پر، کوارٹج کے لیے یہ +573 °C ہے۔

پیزو الیکٹرک اثر کا عملی استعمال

پیزو الیکٹرک عناصر کا سب سے مشہور استعمال ایک اگنیشن عنصر کے طور پر ہے۔ پیزو الیکٹرک اثر گیس کے چولہے کے لیے پاکٹ لائٹر یا کچن اگنیٹر میں استعمال ہوتا ہے۔ جب کرسٹل کو دبایا جاتا ہے، ایک ممکنہ فرق پیدا ہوتا ہے اور ہوا کے خلا میں ایک چنگاری نمودار ہوتی ہے۔

پیزو الیکٹرک عناصر کے اطلاق کا یہ علاقہ ختم نہیں ہوا ہے۔ اسی طرح کے اثر والے کرسٹل کو سٹرین گیجز کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، لیکن استعمال کا یہ علاقہ پیزو الیکٹرک اثر کی خاصیت کی وجہ سے صرف ڈائنامکس میں ظاہر ہونے کے لیے محدود ہے - اگر تبدیلیاں رک جاتی ہیں، تو سگنل پیدا ہونا بند ہو جاتا ہے۔

Piezocrystals کو مائیکروفون کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے - جب صوتی لہروں کے سامنے آتے ہیں تو برقی سگنل بنتے ہیں۔ ریورس پیزو الیکٹرک اثر (بعض اوقات بیک وقت) آواز کے اخراج کرنے والے عناصر کے استعمال کی بھی اجازت دیتا ہے۔ جب کرسٹل پر برقی سگنل لگایا جاتا ہے، تو پیزو الیکٹرک عنصر صوتی لہریں پیدا کرنا شروع کر دے گا۔

اس طرح کے ایمیٹرز کو الٹراسونک لہریں بنانے کے لیے خاص طور پر طبی ٹیکنالوجی میں استعمال کیا جاتا ہے۔ پر یہ پلیٹ کی گونج والی خصوصیات بھی استعمال کی جا سکتی ہیں۔اسے ایک صوتی فلٹر کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے جو صرف قدرتی فریکوئنسی لہروں کا انتخاب کرتا ہے۔ دوسرا آپشن یہ ہے کہ آواز پیدا کرنے والے پیزو الیکٹرک عنصر (سائرن، ڈیٹیکٹر، وغیرہ) میں بیک وقت فریکوئنسی سیٹنگ اور آواز خارج کرنے والے عنصر کے طور پر استعمال کریں۔ اس صورت میں، آواز ہمیشہ گونجنے والی فریکوئنسی پر پیدا کی جائے گی، اور کم توانائی کی کھپت کے ساتھ زیادہ سے زیادہ حجم حاصل کیا جا سکتا ہے۔

ریڈیو فریکوئنسی رینج میں کام کرنے والے جنریٹرز کی فریکوئنسی کو مستحکم کرنے کے لیے گونج کی خصوصیات کا استعمال کیا جاتا ہے۔ کوارٹج پلیٹیں فریکوئنسی سیٹنگ سرکٹس میں انتہائی مستحکم اور اعلیٰ معیار کے دوغلی سرکٹس کا کردار ادا کرتی ہیں۔

صنعتی پیمانے پر لچکدار اخترتی کی توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرنے کے لیے اب بھی شاندار منصوبے موجود ہیں۔ آپ پیدل چلنے والوں یا کاروں کی کشش ثقل کے زیر اثر فرش کی اخترتی کو استعمال کر سکتے ہیں، مثال کے طور پر، پٹریوں کے حصوں کو روشن کرنے کے لیے۔ ہوائی جہاز کے نیٹ ورک کو فراہم کرنے کے لیے آپ ہوائی جہاز کے پروں کی اخترتی توانائی کا استعمال کر سکتے ہیں۔ اس طرح کا استعمال پیزو الیکٹرک عناصر کی ناکافی کارکردگی کی وجہ سے محدود ہے، لیکن پائلٹ پلانٹس پہلے ہی بنائے جا چکے ہیں، اور انہوں نے مزید بہتری کا وعدہ ظاہر کیا ہے۔

ملتے جلتے مضامین: