מהו חומר פירואלקטרי: ניתוח מתמטי ויישומיו

ל דיאלקטרי חומר הוא מבודד חשמלי, שיש לו יכולת לעצור את זרימת הזרם דרכו. הם מסווגים לחומרים סימטריים של סנטרו ולחומרים פיזואלקטריים פיזואלקטרית מסווג כלא-פירואלקטריים ופירואלקטריים, פירו חשמליים מסווגים עוד כלא-ferroelectrics ו ferroelectrics. מאמר זה מפרט חומר פירואלקטרי. הוא התגלה בתחילת המאה ה -20 על ידי מדען יווני. השם פירואלקטריות נגזר מיוונית כאשר פירו פירושו אש וחשמל. זהו מאפיין כללי של גבישים מסוימים אשר מקוטבים כדי להשיג שדה חשמלי גדול. חומרים פירואלקטריים אלה הם קשים באופיים וגבישים.

מהו חומר פירואלקטרי?

פירו-חשמל או חומר פירואלקטרי הוא תגובה חשמלית של דיאלקטרי קוטבי עם שינוי בטמפרטורה. אם הטמפרטורה בתמורה משתנה היא גורמת לתנועת אטומים משם מיקום נייטרלי ומכאן שקיטוב החומר משתנה, אנו צופים במתח על פני החומר. השפעה זו זמנית, נניח שהטמפרטורה נשארת קבועה בערכה החדש. המתח הפירואלקטרי הופך לאפס בגלל זרם הדליפה. אז, באותן גבולות הטמפרטורה, המטענים שפותחו על ידי השפעת החימום או הקירור שווים והפוכים.

חומרים פירואלקטריים מציגים קיטוב ספונטני שהוא קיטוב בהעדר שדה חשמלי, לא ניתן לשנות או להפוך את זה בעת החלת השדה החשמלי הוא עושה זאת בחומרים פרואלקטריים. מכאן שכל חומרי הפירו אלקטרו הם גם פיזואלקטריים. בחומרים הפיזואלקטריים יש סוג מסוים של גביש פיזואלקטרי שאינו מאפשר פירוק חשמל. מכאן שהאפקט הפירואלקטרי מתרחש מתחת ל -1070 מעלות צלזיוס טמפרטורת קירי לכן, כאשר החומר מחומם מעל לטמפרטורת הקירי 1070 מעלות צלזיוס האטומים חוזרים לעמדות שיווי המשקל שלהם. לכן, ההשפעה האלקטרוקלורית נחשבת להיפך פיזי של האפקט הפירואלקטרי.

רשימת חומרים פירואלקטריים

חלק מהחומרים הפירואלקטריים מפורטים להלן

• טורמלין
• גליום ניטריד
• צזיום חנקתי (CsNO3)
• פלואורידים פוליוויניל
• נגזרות של פניל ​​פירידין
• פתלטוסיאנין קובלט
• טנטליט ליתיום (LiTaO3).

השוואה בין חשמל פיירו לחשמל תרמו

ההשפעה האלקטרו-קלורית היא התופעה בה החומר מראה את שינוי הטמפרטורה ההפיך בשדה החשמלי המופעל. מכאן שפירואלקטריה שונה מחשמל תרמו. גביש פירו משנה טמפרטורה מדרגה אחת לאחרת וכתוצאה מכך מתח זמני על פני הגביש.

ואילו במקרה של חשמל תרמי שני קצוות המכשיר נתונים לשתי טמפרטורות שונות וכתוצאה מכך מתח קבוע בהתקן וכתוצאה מכך קיים הפרש הטמפרטורה.

ההבדל בין חומרים פיזואלקטריים, פירואלקטריים וחומרים פרואלקטריים

להלן ההבדלים בין חומרים פיזואלקטריים, פירואלקטריים וחומרים פרואלקטריים

ניתוח מתמטי של חומר פירואלקטרי

חתיכה דקה של חומר פירואלקטרי היא אלקטרודה ומחוברת למגבר בעל עכבה גבוהה, טרנזיסטור אפקט שדה (FET) כמוצג להלן. שיהיה זה הזרם הפירואלקטרי שיוצר מתח V על פני הכניסה החשמלית יה. מתח מַגבֵּר של אחדות מרוויח זוגות את מקור הזרם העכבה הגבוה לעכבת כניסה נמוכה בעקבות המעגל. אם p ’הוא מרכיב ממקדם פירואלקטרי p האורתוגונאלי למשטח האלקטרודה של שטח A. הזרם הנוצר אינו תלוי בעובי מכיוון שהזרם משויך למטען השטח הבלתי מוגבל.

ניתוח מתמטי-של-פירו-חומר-חשמלי

איפה,

לחייב Q = p ’A Δ T …… .. 1

זרם פירואלקטרי ip = Ap’dT / dt …… .. 2

מתח פירואלקטרי V = i / УE ……… 3

איפה הכניסה לחשמל УE = GA + GE + jw CA + CE ...… .4

מוליכות מחלף ומדגם GA, GE

קיבול מחלף ומדגם CA, CE

הקיבול המקביל של הדיאלקטרי הוא 100 = € σa / אל ...... 5

אנרגיה מאוחסנת E = ½ p2 € σAhΔT2 …… .6

d = עובי החומר € σ = קבוע היתירות במתח, A = שטח הגנה, p ’= מרכיב מקדם פירואלקטרי p.

אם מוחל שדה חשמלי E על חומר, התזוזה הדיאלקטרית הכוללת d שהיא מטען ליחידת שטח של הצלחת, משני צידי החומר הפירואלקטרי היא,

d = E s + € E ……… .7

כאשר € הוא היתירות הוואקום ו- Es הוא קיטוב ספונטני של צפיפות הנפח של רגע הדיפול החשמלי .

השפעת מקדם פירואלקטרי עם טמפרטורה

מהניתוח לעיל, למקדם הפירואלקטרי יש השפעה של טמפרטורה

• המקדם הפירואלקטרי עולה עם עליית הטמפרטורה
• זה תלוי בסדר המעבר לשלב והוא גדול יותר עבור מעברים מסדר שני
• Tc היא טמפרטורת קירי בה החומר הפירואלקטרי עולה.

יתרונות חומרים פירואלקטריים

היתרונות של חומרים פירואלקטריים הם

• ללא זיהום
• עלות התחזוקה נמוכה יותר
• תגובה בתדירות גבוהה מאוד

חסרונות חומר פירואלקטרי

החיסרון של חומרים פירואלקטריים הוא

• דרוש גבוה עַכָּבָּה כֶּבֶל
• לא ניתן למדוד תנועות סטטיות בקלות.

יישומים

היישומים של חומרים פירואלקטריים הם

• גלאי תנועה מבוססי PIR
• רדיומטריה
• ממיר פירואלקטרי לאנרגיה סולארית
• איתור והגנה על חיות הבר
• מדחום מבוסס PIR מרחוק
• גלאי אש
• אבחון לייזר.

שאלות נפוצות

1). מהם גבישים פירואלקטריים?

הגבישים הפירואלקטריים הם חומרים המייצרים חשמל כאשר טמפרטורת הגביש מוגברת.

2). האם כל הפארו-אלקטריקות הן פיזו חשמליות?

כן, כל מוצרי הפיזו חשמליים אך לא כל הפיזואלקטרים ​​הם חשמל ברזל.

3). האם קוורץ הוא פירואלקטרי?

כן, קוורץ הוא גביש פירואלקטרי.

4). מהו חיישן פירו?

חיישן הפירו נקרא גם כגלאי פירו או כגלאי תרמי. איפה אם יש שינוי קטן בטמפרטורה מתפתח מטען על פני הגביש שהוא הזרם החשמלי הנדרש.

5). האם גבישים יכולים לאחסן נתונים?

כן, גבישים יכולים לאחסן נתונים.

6). האם הרקע התרמי משפיע על האפקט הפירואלקטרי?

לא, הרקע התרמי אינו משפיע על האפקט הפירואלקטרי.

לפיכך, ה פירו-חשמל הוא מאפיין של גביש מסוים המציג קיטוב, בו נוצרת תגובה חשמלית עם שינוי הטמפרטורה. האפקט הפירואלקטרי מתרחש מתחת לטמפרטורת 1070 מעלות צלזיוס שהיא טמפרטורת הקארי. הם דורשים כבל עכבה גבוה להפעלתו המספק תגובת תדרים טובה. הנה שאלה עבורך, מה תפקידו של חומר פירואלקטרי?