الكهرباء الانضغاطية (Piezoelectricity)

كما تعلمون توليد الكهرباء ممكن عن طريق الحث الكهرومغناطيسي، أي تحريك مغناطيس داخل ملف لمادة موصلة وبتحريك المغناطيس يتمُّ توليد تيار بجهد معين أو العكس، أي تحريك موصل داخل حقل مغناطيسي.

نعم أغلب من درس الفيزياء يعلم هذا، لكن هل تعلمون أنَّه هناك طريقة أُخرىٰ لتوليد الكهرباء وهي عن طريق ضغط كريستالات معينة.

في عام 1880 تمَّ اكتشاف هذه الخاصية عن طريق عالمي الفيزياء فرنسيين، جاكوس كوري وبيير كوري.

نسمي هذه الخاصية بخاصية “الكهرباء الإنضغاطية” Piezoelectricity واسمها مكون من الكلمة اليونانية Piezõ، أي ضغط و Electricity، أي كهرباء.

وهذه الخاصية موجود في بعض المواد المعينة منها أنواع عديدة من الكريستالات والسيراميك وعظم الإنسان والحمض النووي DNA.

كيفية توليد الجهد هي بسيطة، ففي الكريستالات مثلًا، توزيع الشحنات متوازن وبهذا تكون قطع الكريستال مستقرة جدًا.

في حال ضغط الكريستال لنقل بنسبة 0,1% من أبعادها الحقيقية، يتمُّ زعزعة استقرار الشحنات وإعادة توزيعها داخل الكريستال وبسبب إعادة توزيعها، الشحنات داخل الكريستال لن تبقى متوازنة وموزعة بانتظام وبالتالي سيتكون قطبان للكريستال حسب اتجاه ضغطه.

وبهذا سيحصل فرق جهد، و فرق الجهد هذا قد يصل إلىٰ آلاف الفولتات “بتيار صغير” في كريستالات الكوارتز.

أيضـًا بدل الضغط علىٰ الكريستال وتحصيل الطاقة الكهربائية، ممكن تغذية الكريستال بالطاقة الكهربائية وتحصيل ذبذبة ميكانيكة سريعة جدًا.

الكهرباء الانضغاطية يتم استعمالها في عدة أمور، منها:

  • ولاعات السجائر:

    ففي ولاعات السجائر يتمُّ الضغط علىٰ زر يضغط هو علىٰ كريستالة ويصنع فرق جهد عالي يجعل الولاعة تقدح شرارة وتشعل النار بالغاز الخارج من خزانها.

  • الميكروفونات:

    يتمُّ استعمال كريستالات معينة في الميكروفون، وعند وصول موجة الصوت إلىٰ الميكروفون يتمُّ هَزِّ الكريستالة وبهزِّها يتمُّ توليد كهرباء انضغاطية وحسب هذه الكهرباء تتحول الموجات الصوتية إلىٰ إشارات يفهمها الجهاز ويتمُّ تخزينها كمعلومة.

  • ساعات الكوارتز:

    هنا يتمُّ عكس هذه الخاصية، إذ إنَّ بطارية الساعة تُعطي الكريستال طاقة كهربائية تجعلها تتذبذب آلاف المرات بالثانية ويتمُّ تخفيض هذه الذبذبات عن طريق دارات كهربية داخل الساعة إلىٰ ذبذبة في الثانية الواحدة وبهذا يتمُّ معرفة الوقت ومروره بدقية عالية.

  • توليد الموجات فوق الصوتية:

    هنا أيضـًا يتمُّ تغذية كريستال بطاقة كهربائية ويتمُّ تحويل هذه الطاقة إلىٰ ذبذبات ميكانيكية سريعة للغاية لدرجة أنَّها تستطيع توليد أمواج فوق صوتية لا يُمكن للإنسان سماعها. ويتمُّ استعمال هذه الموجات في الفحوصات الطبية والبحث عن الأشياء.

  • أرضيات الرقص المضيئة:

    هنا يتمُّ استعمال الضغط المسلط من الأقدام علىٰ الأرضية لإضاءة صمّامات LED موجودة بالأرضية نفسها.

ترجمة: إيشو اشور

تدقيق لغوي: زارا زين

المصادر: 1234