પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટી-શોધ, ભૌતિક આધાર અને એપ્લિકેશન્સ

શોધનો ઇતિહાસ

દંતકથા છે કે પાયરોઇલેક્ટ્રીસિટીનો પ્રથમ રેકોર્ડ 314 બીસીમાં પ્રાચીન ગ્રીક ફિલસૂફ અને વનસ્પતિશાસ્ત્રી થિયોફ્રાસ્ટસ દ્વારા બનાવવામાં આવ્યો હતો. આ રેકોર્ડ્સ અનુસાર, થિયોફ્રાસ્ટસે એકવાર નોંધ્યું કે ખનિજ ટૂરમાલાઇનના સ્ફટિકો, જ્યારે ગરમ થાય છે, ત્યારે રાખ અને સ્ટ્રોના ટુકડાઓ આકર્ષવા લાગે છે. ખૂબ પાછળથી, 1707 માં, જર્મન કોતરણીકાર જોહાન શ્મિટ દ્વારા પાયરોઇલેક્ટ્રીસિટીની ઘટના ફરીથી શોધાઈ.

બીજું સંસ્કરણ છે, જે મુજબ પાયરોઇલેક્ટ્રીસિટીની શોધ પ્રખ્યાત પ્રાચીન ગ્રીક ફિલસૂફ અને પ્રવાસી થેલ્સ ઓફ મિલેટસને આભારી છે, જેમણે આ સંસ્કરણ મુજબ, 6ઠ્ઠી સદી બીસીની શરૂઆતમાં આ શોધ કરી હતી. N. E. પૂર્વીય દેશોની મુસાફરી કરીને, થેલ્સે ખનિજો અને ખગોળશાસ્ત્ર પર નોંધો બનાવી.

ઘસવામાં આવેલા એમ્બરની સ્ટ્રો અને નીચે તરફ આકર્ષિત કરવાની ક્ષમતાની તપાસ કરીને, તે ઘર્ષણ દ્વારા વિદ્યુતીકરણની ઘટનાનું વૈજ્ઞાનિક અર્થઘટન કરવામાં સક્ષમ હતા. પ્લેટો પાછળથી આ વાર્તાનું વર્ણન ટિમેયસ સંવાદમાં કરશે.પ્લેટો પછી, પહેલેથી જ 10મી સદીમાં, પર્સિયન ફિલસૂફ અલ-બિરુનીએ તેમની કૃતિ "મિનરોલોજી" માં ગાર્નેટ સ્ફટિકોના સમાન ગુણધર્મો વર્ણવ્યા હતા.

સ્ફટિકોની પાયરોઈલેક્ટ્રીસીટી અને અન્ય સમાન વિદ્યુત ઘટનાઓ વચ્ચેનું જોડાણ 1757માં સાબિત થયું અને વિકસિત થયું, જ્યારે ફ્રાન્ઝ એપિનસ અને જોહાન વિલ્કે અમુક પદાર્થોના ધ્રુવીકરણનો અભ્યાસ કરવાનું શરૂ કર્યું કારણ કે તેઓ એકબીજા સામે ઘસતા હતા.

127 વર્ષ પછી, જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી ઓગસ્ટ કુંડટ એક આબેહૂબ પ્રયોગ બતાવશે જેમાં તે ટુરમાલાઇન ક્રિસ્ટલને ગરમ કરશે અને તેને ચાળણી દ્વારા રેડ લીડ અને સલ્ફર પાવડરના મિશ્રણ સાથે રેડશે. સલ્ફર સકારાત્મક રીતે ચાર્જ થશે અને લાલ લીડ નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થશે, પરિણામે ટૂરમાલાઇન ક્રિસ્ટલની એક બાજુ લાલ-નારંગી લાલ લીડ રંગમાં આવશે અને બીજી બાજુ તેજસ્વી પીળા-ગ્રેથી ઢંકાઈ જશે. ઓગસ્ટ કુંડે પછી ટુરમાલાઇનને ઠંડુ કર્યું, ક્રિસ્ટલની "ધ્રુવીયતા" બદલાઈ ગઈ અને રંગો સ્થાનો બદલાઈ ગયા. પ્રેક્ષકો આનંદિત થયા.

ઘટનાનો સાર એ છે કે જ્યારે ટૂરમાલાઇન ક્રિસ્ટલનું તાપમાન માત્ર 1 ડિગ્રી બદલાય છે, ત્યારે સ્ફટિકમાં લગભગ 400 વોલ્ટ પ્રતિ સેન્ટિમીટરનું ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર દેખાય છે. નોંધ કરો કે ટૂરમાલાઇન, તમામ પાયરોઇલેક્ટ્રિક્સની જેમ, બંને છે પીઝોઇલેક્ટ્રિક (માર્ગ દ્વારા, તમામ પીઝોઇલેક્ટ્રિક્સ પાયરોઇલેક્ટ્રિક્સ નથી).

ભૌતિક પાયા

ભૌતિક રીતે, pyroelectricity ની ઘટનાને તેમના તાપમાનમાં ફેરફારને કારણે સ્ફટિકોમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના દેખાવ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. તાપમાનમાં ફેરફાર સીધી ગરમી, ઘર્ષણ અથવા રેડિયેશનને કારણે થઈ શકે છે. આ સ્ફટિકોમાં બાહ્ય પ્રભાવોની ગેરહાજરીમાં સ્વયંસ્ફુરિત (સ્વયંસ્ફુરિત) ધ્રુવીકરણ સાથે ડાઇલેક્ટ્રિક્સનો સમાવેશ થાય છે.

સ્વયંસ્ફુરિત ધ્રુવીકરણ સામાન્ય રીતે નોંધવામાં આવતું નથી કારણ કે તે બનાવેલ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર મફત ચાર્જના ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર દ્વારા સરભર કરવામાં આવે છે જે આસપાસની હવા દ્વારા અને ક્રિસ્ટલના મોટા ભાગ દ્વારા સ્ફટિક પર લાગુ થાય છે. જ્યારે સ્ફટિકનું તાપમાન બદલાય છે, ત્યારે તેના સ્વયંસ્ફુરિત ધ્રુવીકરણની તીવ્રતા પણ બદલાય છે, જે ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના દેખાવ તરફ દોરી જાય છે, જે મફત શુલ્ક સાથે વળતર થાય તે પહેલાં જોવામાં આવે છે.

પાયરોઇલેક્ટ્રિક્સના સ્વયંસ્ફુરિત ધ્રુવીકરણમાં ફેરફાર ફક્ત તેમના તાપમાનમાં ફેરફાર દ્વારા જ નહીં, પણ યાંત્રિક વિકૃતિ દ્વારા પણ શરૂ કરી શકાય છે. તેથી જ તમામ પાયરોઇલેક્ટ્રિક્સ પણ પીઝોઇલેક્ટ્રિક્સ છે, પરંતુ તમામ પીઝોઇલેક્ટ્રિક્સ પાયરોઇલેક્ટ્રિક્સ નથી. સ્વયંસ્ફુરિત ધ્રુવીકરણ, એટલે કે, ક્રિસ્ટલની અંદરના નકારાત્મક અને સકારાત્મક ચાર્જના ગુરુત્વાકર્ષણના કેન્દ્રોની અસંગતતા, ક્રિસ્ટલની ઓછી કુદરતી સમપ્રમાણતા દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે.

પાયરોઇલેક્ટ્રીસીટીના કાર્યક્રમો

આજે, રેડિયેશન રીસીવરો અને ડિટેક્ટર્સ, થર્મોમીટર્સ વગેરેના ભાગ રૂપે પાયરોઈલેક્ટ્રીક્સનો ઉપયોગ વિવિધ હેતુઓ માટે સેન્સિંગ ઉપકરણો તરીકે થાય છે. આ તમામ ઉપકરણો પાયરોઇલેક્ટ્રિક્સની મુખ્ય મિલકતનો ઉપયોગ કરે છે - નમૂના પર કામ કરતા કોઈપણ પ્રકારના રેડિયેશન નમૂનાના તાપમાનમાં ફેરફાર અને તેના ધ્રુવીકરણમાં અનુરૂપ ફેરફારનું કારણ બને છે. જો આ કિસ્સામાં નમૂનાની સપાટી વાહક ઇલેક્ટ્રોડ્સથી ઢંકાયેલી હોય અને આ ઇલેક્ટ્રોડ્સ વાયર દ્વારા માપન સર્કિટ સાથે જોડાયેલા હોય, તો આ સર્કિટમાંથી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ વહેશે.

અને જો પાયરોઇલેક્ટ્રિક કન્વર્ટરના ઇનપુટ પર કોઈપણ પ્રકારના રેડિયેશનનો પ્રવાહ હોય, જે પાયરોઇલેક્ટ્રિકના તાપમાનમાં વધઘટનું કારણ બને છે (સામયિકતા પ્રાપ્ત થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, રેડિયેશનની તીવ્રતાના કૃત્રિમ મોડ્યુલેશન દ્વારા), તો ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ છે. આઉટપુટ પર મેળવવામાં આવે છે, જે ચોક્કસ આવર્તન સાથે પણ બદલાય છે.

પાયરોઇલેક્ટ્રિક રેડિયેશન ડિટેક્ટરના ફાયદાઓમાં શામેલ છે: શોધાયેલ રેડિયેશનની ફ્રીક્વન્સીઝની અનંત વિશાળ શ્રેણી, ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા, ઉચ્ચ ગતિ, થર્મલ સ્થિરતા. ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશમાં પાયરોઇલેક્ટ્રિક રીસીવરોનો ઉપયોગ ખાસ કરીને આશાસ્પદ છે.

તેઓ વાસ્તવમાં ઓછા-પાવર થર્મલ ઉર્જા પ્રવાહને શોધવા, ટૂંકા લેસર કઠોળની શક્તિ અને આકારને માપવા અને અત્યંત સંવેદનશીલ બિન-સંપર્ક અને સંપર્ક તાપમાન માપન (માઈક્રો ડિગ્રી ચોકસાઈ સાથે)ની સમસ્યાને હલ કરે છે.

આજે, થર્મલ ઉર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં સીધી રીતે રૂપાંતરિત કરવા માટે પાયરોઇલેક્ટ્રિક્સનો ઉપયોગ કરવાની સંભાવના પર ગંભીરતાપૂર્વક ચર્ચા કરવામાં આવે છે: તેજસ્વી ઊર્જાનો વૈકલ્પિક પ્રવાહ પાયરોઇલેક્ટ્રિક તત્વના બાહ્ય સર્કિટમાં વૈકલ્પિક પ્રવાહ પેદા કરે છે. અને જો કે આવા ઉપકરણની કાર્યક્ષમતા હાલની ઉર્જા રૂપાંતર પદ્ધતિઓ કરતા ઓછી છે, તેમ છતાં કેટલીક વિશેષ એપ્લિકેશનો માટે આ રૂપાંતરણ પદ્ધતિ તદ્દન સ્વીકાર્ય છે.

ઇન્ફ્રારેડ ઇમેજિંગ સિસ્ટમ્સ (નાઇટ વિઝન, વગેરે) માં કિરણોત્સર્ગના અવકાશી વિતરણની કલ્પના કરવા માટે પાયરોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ કરવાની પહેલેથી જ વપરાયેલી શક્યતા ખાસ કરીને આશાસ્પદ છે. પાયરોઇલેક્ટ્રિક વિડીકોન્સ બનાવ્યા - પાયરોઇલેક્ટ્રિક લક્ષ્ય સાથે ગરમી-પ્રસારણ કરતી ટેલિવિઝન ટ્યુબ.

ગરમ વસ્તુની છબી લક્ષ્ય પર પ્રક્ષેપિત કરવામાં આવે છે, તેના પર ચાર્જની અનુરૂપ રાહત બનાવે છે, જે સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન બીમ દ્વારા વાંચવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોન બીમ વર્તમાન દ્વારા બનાવેલ વિદ્યુત વોલ્ટેજ બીમની તેજને નિયંત્રિત કરે છે જે સ્ક્રીન પર ઑબ્જેક્ટની છબીને રંગ કરે છે.