تشرح هذه المقالة ما هو التأثير الكهرضغطي في الفيزياء. وبالتالي سوف تكتشف معنى التأثير الكهرضغطي، وما هي المواد الكهرضغطية وما هي تطبيقات هذه الظاهرة الفيزيائية.
ما هو التأثير الكهروضغطي؟
التأثير الكهروضغطي هو ظاهرة فيزيائية تظهر في مواد معينة تسمى المواد الكهرضغطية. يتضمن التأثير الكهرضغطي توليد شحنة كهربائية عن طريق تطبيق جهد كهربائي على مادة ما.
بمعنى آخر، التأثير الكهروضغطي هو ظاهرة تحدث في مواد محددة عندما تتعرض لإجهاد ميكانيكي، ثم تكتسب المادة استقطابًا كهربائيًا ويظهر فرق جهد كهربائي.
تم اكتشاف التأثير الكهرضغطي في عام 1880 من قبل الأخوين بيير كوري وجاك كوري عندما كانا يدرسان ضغط الكوارتز، وهو مادة كهرضغطية.
لذا، فالكهرباء الانضغاطية هي الخاصية الفيزيائية التي تمتلكها المواد التي يحدث فيها التأثير الكهرضغطي، أي المواد الكهرضغطية.
باختصار، يمكن للمواد الكهرضغطية تحويل الضغط الميكانيكي إلى كهرباء. وبالتالي، فإن الكهرباء الضغطية مفيدة جدًا لأنها تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. أدناه سنرى بالتفصيل تطبيقات المواد الكهرضغطية.
المواد الكهرضغطية
المواد الكهروضغطية هي المواد التي يحدث فيها التأثير الكهرضغطي، أي أن المواد الكهروضغطية هي مواد قادرة على تحويل الإجهاد الميكانيكي إلى شحنة كهربائية.
يمكن تصنيف المواد الكهرضغطية إلى نوعين:
- المواد الكهرضغطية الطبيعية : هي المواد التي تظهر كهرضغطية بشكل طبيعي وبالتالي لا تحتاج إلى أي تعديل. من بينها، تبرز الكوارتز وملح روشيل والتورمالين.
- المواد الكهروضغطية : هي تلك المواد التي يجب إخضاعها لعملية استقطاب للحصول على خواص كهرضغطية. على سبيل المثال، نترات الليثيوم، البرلينيت أو تنتاليت الليثيوم.
ومن الجدير بالذكر أنه في السنوات الأخيرة، تم الترويج لتطوير مواد كهروضغطية جديدة وأكثر أمانًا من الناحية البيئية، لأن الكهرضغطية هي خاصية فيزيائية مفيدة للغاية.
تطبيقات التأثير الكهروضغطي
بمجرد أن رأينا تعريف التأثير الكهرضغطي والمواد الكهروضغطية الأكثر شيوعًا، سنناقش في هذا القسم استخدام هذه الظاهرة الفيزيائية.
- الولاعات الكهربائية هي تطبيق يومي للتأثير الكهرضغطي. تحتوي هذه الأجهزة على آلية ذات بلورة كهرضغطية تحول الضربة العنيفة إلى شرارة.
- وبالمثل، تعتمد العديد من أجهزة الاستشعار الإلكترونية على التأثير الكهرضغطي. وبالتالي، يقوم المستشعر بتحويل الاهتزاز إلى نبضة كهربائية يمكنها تنشيط الأجهزة الكهربائية الأخرى.
- للتأثير الكهرضغطي العديد من التطبيقات في مجال الهندسة. على سبيل المثال، في تصنيع المواد عن طريق القولبة بالحقن، يتم استخدام التأثير الكهرضغطي، وكذلك في قطاعات الطيران والملاحة الفضائية.
- يعتمد تشغيل المحركات الكهرضغطية أيضًا على التأثير الكهرضغطي، على الرغم من أنهم في هذه الحالة يستخدمون التأثير الكهرضغطي العكسي (موضح أدناه). تتلقى هذه الأنواع من المحركات دفعة كهربائية وتحولها إلى حركة باستخدام الكهرباء الضغطية.
- يستخدم التأثير الكهرضغطي أيضًا في الطب. وبشكل أكثر تحديدًا، يرتبط تشغيل العديد من الأجهزة المستخدمة لتشخيص المشكلات الصحية بهذه الظاهرة الفيزيائية، مثل الأداة المستخدمة لإجراء فحوصات الموجات فوق الصوتية.
- تعد الميكروفونات ومكبرات الصوت وسماعات الرأس من الأجهزة الشائعة الاستخدام التي تعمل من خلال التأثير الكهرضغطي، حيث تقوم بتحويل الاهتزازات الصوتية إلى موجات كهربائية أو العكس.
عكس تأثير كهرضغطية
أخيرًا، سنرى مما يتكون التأثير الكهروضغطي العكسي، على الرغم من أنك بالتأكيد خمنت معناه من اسمه. 😉
في الفيزياء، يتكون التأثير الكهرضغطي العكسي من تحويل الجهد الكهربائي إلى جهد ميكانيكي. بمعنى آخر، التأثير الكهرضغطي العكسي هو الظاهرة الفيزيائية المعاكسة للتأثير الكهرضغطي.
على سبيل المثال، تستخدم سماعات الرأس التأثير الكهرضغطي العكسي لتحويل الإشارة الكهربائية إلى تشوه ميكانيكي يتم بعد ذلك تحويله إلى صوت.
وهذا يعني أن التأثير الكهرضغطي قابل للعكس، بحيث إذا لم يعد يتم تطبيق الجهد الكهربائي على مادة كهرضغطية، فإنها تعود إلى شكلها الأصلي.