الاختلاف الرئيسي بين الكهروإجهادية الكهروإجهادية والكهرباء الحديدية هو أن التأثير الكهروإجهادي هو توليد شحنة سطحية استجابة لتطبيق الإجهاد الخارجي على مادة ما ، لكن التأثير الكهروحراري هو التغيير في الاستقطاب العفوي لـ a المواد استجابة لتغير في درجة الحرارة. حيث أن التأثير الفيروكهربائي هو تغيير في شحنة السطح استجابة للتغير في الاستقطاب العفوي.
الكهروإجهادية ، الكهروحرارية ، الكهروحرارية هي ثلاثة مصطلحات نستخدمها لوصف الخواص الكهربائية للمواد الصلبة. تختلف هذه التأثيرات الثلاثة عن بعضها البعض وفقًا للاستجابات التي تعرضها بناءً على التغييرات التي تم إجراؤها في خصائصها الأخرى.
ما هو كهرضغطية؟
يشير الكهرضغطية إلى خاصية بعض المواد الصلبة حيث يمكن لهذه المواد أن تتراكم الشحنة الكهربائية عند تطبيق الضغط الميكانيكي. بمعنى آخر ، يشير إلى الكهرباء الناتجة عن الضغط والحرارة الكامنة. نشأ هذا المصطلح من اليونانية ، حيث تعني كلمة piezin الضغط أو الضغط وتعني كلمة elektron الكهرمان (مصدر مبكر للشحنة الكهربائية). تسمى هذه الخاصية بالكهرباء الانضغاطية ، وتشمل المواد التي تُظهر هذه الخاصية البلورات وبعض السيراميك والمواد البيولوجية مثل العظام والحمض النووي والبروتينات المختلفة.
بشكل نموذجي ، يمكن أن يؤدي التأثير الكهرضغطية إلى تفاعل كهروميكانيكي خطي بين الحالات الميكانيكية والكهربائية في المواد البلورية التي لا تحتوي على تناظر انعكاس. علاوة على ذلك ، هذا التأثير قابل للعكس حيث يمكن للمواد التي يمكن أن تظهر تأثير كهرضغطية أن تظهر عكس التأثير (إنه توليد إجهاد ميكانيكي يأتي من مجال كهربائي مطبق).
الشكل 01: توليد الجهد بواسطة قرص كهرضغطية عند التشوه
طبيعة التأثير الكهروإجهادي تشبه إلى حد كبير تلك الخاصة بعزم ثنائي القطب الكهربائي في المواد الصلبة. يمكننا بسهولة حساب كثافة ثنائي القطب أو الاستقطاب عن طريق تلخيص لحظات ثنائي القطب لكل حجم لخلية الوحدة البلورية. عادة ، تميل ثنائيات الأقطاب المجاورة إلى الاصطفاف في مناطق تسمى مجالات Weiss. تسمى عملية المحاذاة هذه بولينج حيث يتم تطبيق مجال كهربائي قوي عبر المواد عند درجات حرارة مرتفعة. ومع ذلك ، لا يمكن استقطاب جميع المواد الكهرضغطية.
ما هو الكهروحرارية؟
الكهروحرارية تعني خاصية بلورات معينة لها مجال كهربائي كبير بسبب الاستقطاب الكهربائي الطبيعي.بمعنى آخر ، إنها قدرة بعض المواد الصلبة على توليد جهد كهربائي مؤقت عند التسخين أو التبريد. ينشأ هذا المصطلح من المعنى اليوناني ؛ pyr تعني "النار" و "الكهرباء". يمكن للتغيرات في ظروف درجة الحرارة تعديل مواضع الذرات داخل التركيب البلوري قليلاً ، كما أنها تغير استقطاب المادة. يمكن أن يؤدي هذا التغيير في الاستقطاب إلى ظهور جهد عبر البلورة. ومع ذلك ، فإن المجال الكهروإجهادي الذي كان يبني مرة واحدة يختفي ببطء بسبب تيار التسرب. يحدث هذا التسرب بسبب حركة الإلكترونات عبر البلورة ، وحركة الأيونات عبر الهواء ، والتيار المتسرب من خلال مقياس الفولتميتر المتصل عبر البلورة.
الشكل 02: مستشعر كهربي حراري
يحدث التأثير الكهروحراري بسبب حالات الطاقة الكهربائية والحرارية التي لا تنتج قيمة طاقة حركية.في المقابل ، يحدث التأثير الكهرضغطية بسبب الطاقة الحركية والطاقة الكهربائية التي لا تنتج حرارة. المواد الكهروحرارية صلبة وبلورات. ولكن يمكن أن تكون هناك أيضًا بعض المواد اللينة المصنوعة من خلال استخدام الأسرار الكهربائية.
ما هو الفيروكهربائي؟
الكهرحديدية يشير إلى خاصية بعض المواد التي لها استقطاب كهربائي تلقائي يمكن عكسه من خلال تطبيق المجالات الكهربائية الخارجية. عادةً ما تكون جميع المواد الفيروكهربائية تعمل بالكهرباء الحرارية ، ولكن لها خاصية إضافية تتمثل في الاستقطاب الكهربائي الطبيعي القابل للانعكاس. مصطلح ferroelectric يأتي من المغناطيسية الحديدية ، والتي تم اكتشافها قبل اكتشاف الطاقة الفيروكهربائية.
هذا النوع من المواد مفيد في صنع المكثفات بسبب طبيعتها غير الخطية. عادةً ما تحتوي هذه المكثفات على زوج من الأقطاب الكهربائية التي تحوي طبقة من المواد الحديدية الكهربية. علاوة على ذلك ، يشير الاستقطاب التلقائي للمواد الحديدية الكهربائية إلى تأثير التباطؤ حيث يمكننا استخدامه في وظيفة الذاكرة.بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر المكثفات الفيروكهربائية مفيدة في صنع ذاكرة الوصول العشوائي الكهروضوئية.
ما هو الفرق بين الكهرضغطية الكهروإجهادية و الكهروحرارية؟
تشير المصطلحات الكهربائية الانضغاطية والتأثير الكهروحراري والتأثير الكهروحراري إلى الخواص الكهربائية للمواد الصلبة. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الكهروضغطية الكهروإجهادية والكهربي الكهروضوئي في أن التأثير الكهروإجهادي هو توليد شحنة سطحية استجابة لتطبيق الضغط الخارجي على مادة ما. وفي الوقت نفسه ، فإن التأثير الكهروحراري هو التغيير في الاستقطاب التلقائي للمادة استجابة لتغير في درجة الحرارة. حيث أن التأثير الفيروكهربائي هو التغيير في الاستقطاب التلقائي الذي ينتج عنه تغيير في شحنة السطح.
يعرض مخطط المعلومات البياني التالي الاختلافات بين الكهروإجهادية الكهروضوئية والكهربائية الحديدية في شكل جدول للمقارنة جنبًا إلى جنب.
ملخص - كهرضغطية مقابل كهربي حراري مقابل كهربي حراري
التأثير الكهرضغطية هو توليد شحنة سطحية استجابة لتطبيق الإجهاد الخارجي على المادة ، بينما التأثير الكهروحراري هو التغيير في الاستقطاب التلقائي للمادة استجابة لتغير في درجة الحرارة. التأثير الفيروكهربائي هو تغيير في شحنة السطح استجابة للتغير في الاستقطاب التلقائي. وبالتالي ، هذا هو الفرق الرئيسي بين الكهروإجهادية الكهروضوئية والحديدية.
