پیزو الیکٹرک اثر کو 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 آج پیزو الیکٹرک عناصر انجینئرنگ اور روزمرہ کی زندگی دونوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔
مشمولات
پیزو اثر کا جوہر
معروف طبیعیات دانوں نے پایا کہ جب بعض کرسٹل (راک کرسٹل، ٹورمالائن وغیرہ) ان کے پہلوؤں پر درست شکل اختیار کر لیتے ہیں تو برقی چارجز پیدا ہوتے ہیں۔ ممکنہ فرق معمولی تھا، لیکن اس وقت موجود آلات نے اسے ٹھیک کر دیا، اور کنڈکٹرز کی مدد سے پرزوں کو مخالف چارجز سے جوڑ کر وصول کرنا ممکن تھا۔ ایک برقی رو.. رجحان صرف حرکیات میں ریکارڈ کیا گیا تھا، کمپریشن یا اسٹریچنگ کے وقت۔ جامد اخترتی پیزو اثر کا سبب نہیں بنی۔
جلد ہی اس کے برعکس اثر کو نظریاتی طور پر ثابت کیا گیا اور عملی طور پر دریافت کیا گیا - جب وولٹیج کا اطلاق کیا گیا تو کرسٹل بگڑ گیا۔ اس سے معلوم ہوا کہ دونوں مظاہر آپس میں جڑے ہوئے ہیں - اگر کوئی مادہ براہ راست پیزو اثر کو ظاہر کرتا ہے، تو یہ الٹا اثر بھی ظاہر کرتا ہے، اور اس کے برعکس۔
اس رجحان کا مشاہدہ ان مادوں میں کیا جاتا ہے جن میں انیسوٹروپک کرسٹل جالی (جس کی سمت کے لحاظ سے مختلف جسمانی خصوصیات ہوتی ہیں) کافی غیر متناسب ہوتی ہیں، نیز کچھ پولی کرسٹل ڈھانچے بھی۔
کسی بھی ٹھوس جسم میں، لاگو بیرونی قوتیں اخترتی اور مکینیکل دباؤ کا باعث بنتی ہیں، اور پیزو اثر رکھنے والے مادوں میں چارجز کا پولرائزیشن بھی ہوتا ہے، اور پولرائزیشن لاگو قوت کی سمت پر منحصر ہوتی ہے۔ جب اثر و رسوخ کی سمت بدل جاتی ہے، تو پولرائزیشن کی سمت اور چارجز کی قطبیت دونوں بدل جاتی ہیں۔ مکینیکل وولٹیج پر پولرائزیشن کا انحصار لکیری ہے اور اسے P=dt کے اظہار سے بیان کیا گیا ہے، جہاں t مکینیکل وولٹیج ہے اور d ایک گتانک ہے جسے پیزو الیکٹرک ماڈیولس (پیزوموڈولس) کہتے ہیں۔
اسی طرح کا واقعہ الٹا پیزو 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 میں براہ راست اور معکوس پیزو اثر کے لیے یکساں ہے۔
درحقیقت یہ مساوات صرف اندازے ہیں۔ اصل انحصار بہت زیادہ پیچیدہ ہیں اور ان کا تعین کرسٹل محوروں کی نسبت قوتوں کی سمت سے بھی ہوتا ہے۔
پیزو اثر کے ساتھ مادہ
پیزو اثر سب سے پہلے راک کرسٹل (کوارٹج) کے کرسٹل میں پایا گیا تھا۔ 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 الیکٹرک عناصر ABO فارمولہ والے مواد پر مبنی ہیں۔3فارمولا، جیسے BaTiO3، PbTiO3. ان مواد میں پولی کرسٹل لائن (بہت سے کرسٹل پر مشتمل) ڈھانچہ ہے، اور انہیں پیزو اثر کو ظاہر کرنے کی صلاحیت فراہم کرنے کے لیے انہیں بیرونی برقی میدان کے ذریعے 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 ایک طویل عرصے تک برقی میدان میں پولرائز کرنا بھی ضروری ہے۔ اس طرح کے مواد کا فائدہ ان کی بہت چھوٹی موٹائی ہے.
پیزو اثر کے ساتھ 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 اثر والے کرسٹل کی لچک زیادہ ہوتی ہے - جب قوت (یا بیرونی تناؤ) کو ہٹا دیا جاتا ہے، تو وہ اپنی اصلی شکل میں واپس آجاتے ہیں۔
پیزو کرسٹل میں بھی اندرونی مکینیکل گونج فریکوئنسی ہوتی ہے۔ اگر کرسٹل کو اس فریکوئنسی پر دوہرانے پر مجبور کیا جاتا ہے، تو طول و عرض خاص طور پر بڑا ہوگا۔
چونکہ نہ صرف پورے کرسٹل پیزو اثر کو ظاہر کرتے ہیں بلکہ ان کی پلیٹیں بھی مخصوص حالات میں کٹ جاتی ہیں، اس لیے مختلف تعدد پر گونج کے ساتھ پیزو الیکٹرک مواد کے ٹکڑوں کو حاصل کرنا ممکن ہے - ہندسی طول و عرض اور کٹ کی سمت پر منحصر ہے۔
مکینیکل کوالٹی فیکٹر پیزو الیکٹرک مواد کی کمپن خصوصیات کو بھی نمایاں کرتا ہے۔ یہ اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ مساوی لاگو قوت کے لیے گونجنے والی فریکوئنسی پر کمپن کا طول و عرض کتنی بار بڑھتا ہے۔
درجہ حرارت پر پیزو الیکٹرک 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 ویفر کے لکیری طول و عرض درجہ حرارت کے ساتھ کتنا 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 اثر کا عملی استعمال
پیزو خلیوں کا سب سے مشہور استعمال اگنیشن عنصر کے طور پر ہے۔ پیزو ایفیکٹ جیب لائٹر میں یا گیس کے چولہے کے لیے کچن کے اگنیٹر میں استعمال ہوتا ہے۔ جب کرسٹل کو دبایا جاتا ہے تو، ایک ممکنہ فرق پیدا ہوتا ہے اور ہوا کے خلا میں ایک چنگاری ظاہر ہوتی ہے۔
یہ پیزو الیکٹرک عناصر کے اطلاق کے میدان کا اختتام نہیں ہے۔ اسی طرح کے اثر والے کرسٹل کو سٹرین سینسرز کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، لیکن اطلاق کا یہ شعبہ پیزو اثر کی خاصیت کے لحاظ سے صرف ڈائنامکس میں ظاہر ہونے کے لیے محدود ہے - اگر تبدیلیاں رک گئی ہیں، تو سگنل بننا بند ہو جاتا ہے۔
پیزو کرسٹل کو مائکروفون کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے - جب صوتی لہروں کے سامنے آتے ہیں تو برقی سگنل پیدا ہوتے ہیں۔ الٹا پیزو اثر (بعض اوقات بیک وقت) ایسے عناصر کو آواز کے اخراج کے طور پر استعمال کرنے کی بھی اجازت دیتا ہے۔ جب کرسٹل پر برقی سگنل لاگو ہوتا ہے، تو پیزو عنصر صوتی لہریں پیدا کرنا شروع کر دیتا ہے۔
اس طرح کے ایمیٹرز کو الٹراسونک لہریں بنانے کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے، خاص طور پر طبی ٹیکنالوجی میں۔ پر پر پلیٹ کی گونج کی خصوصیات بھی استعمال کی جا سکتی ہیں۔ اسے ایک صوتی فلٹر کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے جو صرف اپنی فریکوئنسی کی لہروں کو خارج کرتا ہے۔ دوسرا آپشن ساؤنڈ جنریٹر (سائرن، ڈیٹیکٹر، وغیرہ) میں پیزو عنصر کو بیک وقت فریکوئنسی ٹرانسڈیوسر اور ساؤنڈ ایمیٹر کے طور پر استعمال کرنا ہے۔ 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۔
گونج کی خصوصیات ریڈیو فریکوئنسی رینج میں کام کرنے والے oscillators کی تعدد کو مستحکم کرنے کے لیے استعمال کی جاتی ہیں۔ کوارٹج پلیٹیں فریکوئنسی برقرار رکھنے والے سرکٹس میں انتہائی مستحکم اور اعلیٰ معیار کے دوہری سرکٹس کے طور پر کام کرتی ہیں۔
اب تک، صنعتی پیمانے پر لچکدار اخترتی کی توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرنے کے شاندار منصوبے ہیں۔آپ پیدل چلنے والوں یا کاروں کی کشش ثقل کے ذریعہ فرش کی خرابی کا استعمال کرسکتے ہیں، مثال کے طور پر، ہائی ویز کے حصوں کو روشن کرنے کے لئے۔ جہاز پر بجلی فراہم کرنے کے لیے ہوائی جہاز کے پروں کی اخترتی توانائی کا استعمال ممکن ہے۔ پیزو سیلز کی ناکافی کارکردگی کی وجہ سے اس طرح کا استعمال محدود ہے، لیکن پائلٹ تنصیبات پہلے ہی بنائی جا چکی ہیں، اور انہوں نے مزید بہتری کا وعدہ ظاہر کیا ہے۔
متعلقہ مضامین:
