इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव: Difference between revisions

From Vigyanwiki
No edit summary
No edit summary
Line 1: Line 1:
{{Electromagnetism}}
{{Electromagnetism}}
{{Continuum mechanics|cTopic=rheology}}
{{Continuum mechanics|cTopic=rheology}}
इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल (ईआर) [[[[तरल]] पदार्थ]] विद्युत रूप से इन्सुलेटिंग तरल पदार्थ में बेहद सूक्ष्म गैर-संचालन लेकिन विद्युत रूप से सक्रिय कणों (50 [[माइक्रोमीटर]] व्यास तक) के निलंबन (रसायन) हैं। इन तरल पदार्थों की स्पष्ट चिपचिपाहट एक [[विद्युत क्षेत्र]] की प्रतिक्रिया में 100,000 तक के क्रम से विपरीत रूप से बदलती है। उदाहरण के लिए, एक विशिष्ट ईआर तरल पदार्थ एक तरल की स्थिरता से एक [[जेल]] की स्थिरता तक जा सकता है, और [[मिलीसेकंड]] के क्रम पर प्रतिक्रिया समय के साथ वापस आ सकता है।<ref>{{Cite journal|last1=Khanicheh|first1=Azadeh|last2=Mintzopoulos|first2=Dionyssios|date=June 2008|others=et al|title=Evaluation of Electrorheological Fluid Dampers for Applications at 3-T MRI Environment|url=http://www.coe.neu.edu/Research/robots/papers/TM_HERI_v2.pdf|journal=IEEE/ASME Transactions on Mechatronics|series=3|volume=13|issue=3 |pages=286–294 |doi=10.1109/TMECH.2008.924043 |s2cid=14188698 |access-date=2016-10-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20140722022543/http://www.coe.neu.edu/Research/robots/papers/TM_HERI_v2.pdf|archive-date=2014-07-22|url-status=dead}}</ref> इस प्रभाव को कभी-कभी इसके खोजकर्ता, अमेरिकी आविष्कारक विलिस विंसलो के नाम पर विंसलो प्रभाव कहा जाता है, जिन्होंने 1947 में इस प्रभाव पर एक अमेरिकी पेटेंट प्राप्त किया था।<ref>{{US patent|2417850}}: Winslow, W. M.: 'Method and means for translating electrical impulses into mechanical force', 25 March 1947</ref> और 1949 में प्रकाशित एक लेख लिखा।<ref>{{cite journal | last = Winslow | first = Willis M. | title = निलंबन का प्रेरित कंपन| journal = J. Appl. Phys. | volume = 20 | pages = 1137–1140 | year = 1949 | doi = 10.1063/1.1698285 | issue = 12 |bibcode = 1949JAP....20.1137W }}</ref>
'''इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल''' '''[[तरल]] पदार्थ''' विद्युत रूप से इन्सुलेटिंग तरल पदार्थ में अधिक सूक्ष्म गैर-संचालन परन्तु विद्युत रूप से सक्रिय कणों (50 [[माइक्रोमीटर]] व्यास तक) की निष्क्रियता (रसायन) हैं। इन तरल पदार्थों की स्पष्ट विस्कोसिटी [[विद्युत क्षेत्र]] की प्रतिक्रिया में 100,000 तक के क्रम से विपरीत रूप से परिवर्तित होती है। उदाहरण के लिए, विशिष्ट ईआर तरल पदार्थ, तरल की स्थिरता से [[जेल]] की स्थिरता तक जा सकता है, और [[मिलीसेकंड]] के क्रम पर प्रतिक्रिया समय के साथ वापस आ सकता है।<ref>{{Cite journal|last1=Khanicheh|first1=Azadeh|last2=Mintzopoulos|first2=Dionyssios|date=June 2008|others=et al|title=Evaluation of Electrorheological Fluid Dampers for Applications at 3-T MRI Environment|url=http://www.coe.neu.edu/Research/robots/papers/TM_HERI_v2.pdf|journal=IEEE/ASME Transactions on Mechatronics|series=3|volume=13|issue=3 |pages=286–294 |doi=10.1109/TMECH.2008.924043 |s2cid=14188698 |access-date=2016-10-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20140722022543/http://www.coe.neu.edu/Research/robots/papers/TM_HERI_v2.pdf|archive-date=2014-07-22|url-status=dead}}</ref> इस प्रभाव को कभी-कभी इसके अमेरिकी आविष्कारक, विलिस विंसलो के नाम पर विंसलो प्रभाव कहा जाता है, जिन्होंने 1947 में इस प्रभाव पर अमेरिकी पेटेंट प्राप्त किया था।<ref>{{US patent|2417850}}: Winslow, W. M.: 'Method and means for translating electrical impulses into mechanical force', 25 March 1947</ref> और 1949 में प्रकाशित लेख लिखा था।<ref>{{cite journal | last = Winslow | first = Willis M. | title = निलंबन का प्रेरित कंपन| journal = J. Appl. Phys. | volume = 20 | pages = 1137–1140 | year = 1949 | doi = 10.1063/1.1698285 | issue = 12 |bibcode = 1949JAP....20.1137W }}</ref>


== ईआर प्रभाव ==
== ईआर प्रभाव ==
Line 11: Line 11:
प्रभाव को समझाने के लिए दो मुख्य सिद्धांत हैं: इंटरफ़ेशियल तनाव या 'जल पुल' सिद्धांत,<ref>{{cite journal | last = Stangroom | first = JE | title = इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल तरल पदार्थ| journal = Physics in Technology | volume = 14 | issue = 6| pages = 290–296 | year = 1983 | doi = 10.1088/0305-4624/14/6/305 |bibcode = 1983PhTec..14..290S }}</ref> और [[इलेक्ट्रोस्टैटिक]] सिद्धांत। जल सेतु सिद्धांत एक तीन चरण प्रणाली मानता है, कणों में तीसरा चरण होता है जो एक अन्य तरल (जैसे पानी) होता है जो मुख्य चरण तरल (जैसे तेल) के साथ अमिश्रणीय होता है। बिना किसी लागू विद्युत क्षेत्र के, तीसरा चरण कणों की ओर दृढ़ता से आकर्षित होता है और उनके भीतर ही बना रहता है। इसका मतलब है कि ईआर द्रव कणों का एक निलंबन है, जो तरल के रूप में व्यवहार करता है। जब एक विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है तो तीसरा चरण इलेक्ट्रो [[असमस]] द्वारा कणों के एक तरफ संचालित होता है और श्रृंखला बनाने के लिए आसन्न कणों को एक साथ बांधता है। इस श्रृंखला संरचना का मतलब है कि ईआर द्रव ठोस बन गया है। इलेक्ट्रोस्टैटिक सिद्धांत केवल दो चरण प्रणाली मानता है, जिसमें [[ढांकता हुआ]] कण एक विद्युत क्षेत्र के साथ संरेखित श्रृंखला बनाते हैं, जो [[मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रव]] पदार्थ (एमआर) तरल पदार्थ के समान तरीके से काम करता है। एक इन्सुलेटर में लेपित कंडक्टर से बने ठोस चरण के साथ एक ईआर तरल पदार्थ का निर्माण किया गया है।<ref>{{cite journal | last1 = Tam | first1 = W Y |last2=Yi|first2= G H|last3=Wen|first3= W|last4=Ma|first4= H|last5=Sheng|first5= P| title = New Electrorheological Fluid: Theory and Experiment | journal =  Phys. Rev. Lett. | volume = 78 | issue = 15 | pages = 2987–2990 |date=April 1997| doi = 10.1103/PhysRevLett.78.2987 | bibcode=1997PhRvL..78.2987T| url = http://repository.ust.hk/ir/bitstream/1783.1-26918/1/PhysRevLett.78.2987.pdf }}</ref> यह ईआर द्रव स्पष्ट रूप से जल पुल मॉडल द्वारा काम नहीं कर सकता है। हालाँकि, यह प्रदर्शित करते हुए कि कुछ ईआर तरल पदार्थ इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव से काम करते हैं, यह साबित नहीं होता है कि सभी ईआर तरल पदार्थ ऐसा करते हैं। इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव पर काम करने वाले ईआर तरल पदार्थ का लाभ लीकेज करंट को खत्म करना है, यानी संभावित रूप से कोई प्रत्यक्ष करंट नहीं है। बेशक, चूंकि ईआर उपकरण विद्युत रूप से [[ संधारित्र ]] के रूप में व्यवहार करते हैं, और ईआर प्रभाव का मुख्य लाभ प्रतिक्रिया की गति है, एक [[प्रत्यावर्ती धारा]] की अपेक्षा की जाती है।
प्रभाव को समझाने के लिए दो मुख्य सिद्धांत हैं: इंटरफ़ेशियल तनाव या 'जल पुल' सिद्धांत,<ref>{{cite journal | last = Stangroom | first = JE | title = इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल तरल पदार्थ| journal = Physics in Technology | volume = 14 | issue = 6| pages = 290–296 | year = 1983 | doi = 10.1088/0305-4624/14/6/305 |bibcode = 1983PhTec..14..290S }}</ref> और [[इलेक्ट्रोस्टैटिक]] सिद्धांत। जल सेतु सिद्धांत एक तीन चरण प्रणाली मानता है, कणों में तीसरा चरण होता है जो एक अन्य तरल (जैसे पानी) होता है जो मुख्य चरण तरल (जैसे तेल) के साथ अमिश्रणीय होता है। बिना किसी लागू विद्युत क्षेत्र के, तीसरा चरण कणों की ओर दृढ़ता से आकर्षित होता है और उनके भीतर ही बना रहता है। इसका मतलब है कि ईआर द्रव कणों का एक निलंबन है, जो तरल के रूप में व्यवहार करता है। जब एक विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है तो तीसरा चरण इलेक्ट्रो [[असमस]] द्वारा कणों के एक तरफ संचालित होता है और श्रृंखला बनाने के लिए आसन्न कणों को एक साथ बांधता है। इस श्रृंखला संरचना का मतलब है कि ईआर द्रव ठोस बन गया है। इलेक्ट्रोस्टैटिक सिद्धांत केवल दो चरण प्रणाली मानता है, जिसमें [[ढांकता हुआ]] कण एक विद्युत क्षेत्र के साथ संरेखित श्रृंखला बनाते हैं, जो [[मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रव]] पदार्थ (एमआर) तरल पदार्थ के समान तरीके से काम करता है। एक इन्सुलेटर में लेपित कंडक्टर से बने ठोस चरण के साथ एक ईआर तरल पदार्थ का निर्माण किया गया है।<ref>{{cite journal | last1 = Tam | first1 = W Y |last2=Yi|first2= G H|last3=Wen|first3= W|last4=Ma|first4= H|last5=Sheng|first5= P| title = New Electrorheological Fluid: Theory and Experiment | journal =  Phys. Rev. Lett. | volume = 78 | issue = 15 | pages = 2987–2990 |date=April 1997| doi = 10.1103/PhysRevLett.78.2987 | bibcode=1997PhRvL..78.2987T| url = http://repository.ust.hk/ir/bitstream/1783.1-26918/1/PhysRevLett.78.2987.pdf }}</ref> यह ईआर द्रव स्पष्ट रूप से जल पुल मॉडल द्वारा काम नहीं कर सकता है। हालाँकि, यह प्रदर्शित करते हुए कि कुछ ईआर तरल पदार्थ इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव से काम करते हैं, यह साबित नहीं होता है कि सभी ईआर तरल पदार्थ ऐसा करते हैं। इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव पर काम करने वाले ईआर तरल पदार्थ का लाभ लीकेज करंट को खत्म करना है, यानी संभावित रूप से कोई प्रत्यक्ष करंट नहीं है। बेशक, चूंकि ईआर उपकरण विद्युत रूप से [[ संधारित्र ]] के रूप में व्यवहार करते हैं, और ईआर प्रभाव का मुख्य लाभ प्रतिक्रिया की गति है, एक [[प्रत्यावर्ती धारा]] की अपेक्षा की जाती है।


कण विद्युत रूप से सक्रिय हैं। वे [[फेरोइलेक्ट्रिक]] हो सकते हैं या, जैसा कि ऊपर बताया गया है, विद्युत इन्सुलेशन के साथ लेपित [[विद्युत कंडक्टर]], या इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक रूप से सक्रिय कणों से बने होते हैं। फेरोइलेक्ट्रिक या संचालन सामग्री के मामले में, कणों में उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक होगा। विद्युत चालक के ढांकता हुआ स्थिरांक के बारे में यहां कुछ भ्रम हो सकता है, लेकिन यदि उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक वाली सामग्री को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो उस क्षेत्र का परिमाण ढांकता हुआ की मात्रा के भीतर मापनीय रूप से कम हो जाएगा (मुख्य देखें) पृष्ठ: [[सापेक्ष पारगम्यता]]), और चूंकि एक आदर्श चालक में विद्युत क्षेत्र शून्य है, तो इस संदर्भ में एक चालक का ढांकता हुआ स्थिरांक अनंत है।
कण विद्युत रूप से सक्रिय हैं। वे [[फेरोइलेक्ट्रिक]] हो सकते हैं या, जैसा कि ऊपर बताया गया है, विद्युत इन्सुलेशन के साथ लेपित [[विद्युत कंडक्टर]], या इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक रूप से सक्रिय कणों से बने होते हैं। फेरोइलेक्ट्रिक या संचालन सामग्री के मामले में, कणों में उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक होगा। विद्युत चालक के ढांकता हुआ स्थिरांक के बारे में यहां कुछ भ्रम हो सकता है, परन्तु यदि उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक वाली सामग्री को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो उस क्षेत्र का परिमाण ढांकता हुआ की मात्रा के भीतर मापनीय रूप से कम हो जाएगा (मुख्य देखें) पृष्ठ: [[सापेक्ष पारगम्यता]]), और चूंकि एक आदर्श चालक में विद्युत क्षेत्र शून्य है, तो इस संदर्भ में एक चालक का ढांकता हुआ स्थिरांक अनंत है।


ईआर प्रभाव को प्रभावित करने वाला एक अन्य कारक [[इलेक्ट्रोड]] की ज्यामिति है। समानांतर ग्रूव्ड इलेक्ट्रोड की शुरूआत से ईआर प्रभाव में मामूली वृद्धि देखी गई लेकिन लंबवत ग्रूव्ड इलेक्ट्रोड ने ईआर प्रभाव को दोगुना कर दिया।<ref>{{cite journal | last1 = Georgiades | first1 = G |last2=Oyadiji|first2= SO| title = इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव वाल्वों के प्रदर्शन पर इलेक्ट्रोड ज्यामिति का प्रभाव| journal = Journal of Intelligent Material Systems and Structures | volume = 14 | issue = 2 | pages = 105–111 | year = 2003| doi = 10.1177/1045389X03014002006 | s2cid = 110195091 }}</ref> इलेक्ट्रोड को विद्युत रूप से ध्रुवीकरण योग्य सामग्रियों के साथ कोटिंग करके ईआर प्रभाव में बहुत बड़ी वृद्धि प्राप्त की जा सकती है। यह [[डाईइलेक्ट्रोफोरेसिस]] के सामान्य नुकसान को एक उपयोगी प्रभाव में बदल देता है। इसमें ईआर द्रव में रिसाव धाराओं को कम करने का भी प्रभाव होता है।<ref>{{cite journal | last=Monkman | first=G. J. | title=इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों में ठोस संरचनाओं का जोड़| journal=Journal of Rheology | publisher=Society of Rheology | volume=35 | issue=7 | year=1991 | issn=0148-6055 | doi=10.1122/1.550237 | pages=1385–1392| bibcode=1991JRheo..35.1385M }}</ref>
ईआर प्रभाव को प्रभावित करने वाला एक अन्य कारक [[इलेक्ट्रोड]] की ज्यामिति है। समानांतर ग्रूव्ड इलेक्ट्रोड की शुरूआत से ईआर प्रभाव में मामूली वृद्धि देखी गई परन्तु लंबवत ग्रूव्ड इलेक्ट्रोड ने ईआर प्रभाव को दोगुना कर दिया।<ref>{{cite journal | last1 = Georgiades | first1 = G |last2=Oyadiji|first2= SO| title = इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव वाल्वों के प्रदर्शन पर इलेक्ट्रोड ज्यामिति का प्रभाव| journal = Journal of Intelligent Material Systems and Structures | volume = 14 | issue = 2 | pages = 105–111 | year = 2003| doi = 10.1177/1045389X03014002006 | s2cid = 110195091 }}</ref> इलेक्ट्रोड को विद्युत रूप से ध्रुवीकरण योग्य सामग्रियों के साथ कोटिंग करके ईआर प्रभाव में बहुत बड़ी वृद्धि प्राप्त की जा सकती है। यह [[डाईइलेक्ट्रोफोरेसिस]] के सामान्य नुकसान को एक उपयोगी प्रभाव में बदल देता है। इसमें ईआर द्रव में रिसाव धाराओं को कम करने का भी प्रभाव होता है।<ref>{{cite journal | last=Monkman | first=G. J. | title=इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों में ठोस संरचनाओं का जोड़| journal=Journal of Rheology | publisher=Society of Rheology | volume=35 | issue=7 | year=1991 | issn=0148-6055 | doi=10.1122/1.550237 | pages=1385–1392| bibcode=1991JRheo..35.1385M }}</ref>
विशाल इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल (जीईआर) द्रव की खोज 2003 में की गई थी,<ref name= "GER" />और कई अन्य ईआर तरल पदार्थों की तुलना में उच्च उपज शक्ति बनाए रखने में सक्षम है। जीईआर द्रव में सिलिकॉन तेल में निलंबित [[बेरियम]] [[टाइटेनियम]] [[ऑक्सालेट]] के [[यूरिया]] लेपित नैनोकण होते हैं। उच्च उपज शक्ति कणों के उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक, कणों के छोटे आकार और यूरिया कोटिंग के कारण होती है। जीईआर का एक अन्य लाभ यह है कि [[विद्युत क्षेत्र]] 1 केवी/मिमी तक पहुंचने के बाद विद्युत क्षेत्र की ताकत और उपज की ताकत के बीच संबंध रैखिक होता है। जीईआर एक उच्च उपज शक्ति है, लेकिन कई अन्य ईआर तरल पदार्थों की तुलना में कम विद्युत क्षेत्र ताकत और कम [[वर्तमान घनत्व]] तरल पदार्थ है। निलंबन की तैयारी की प्रक्रिया दी गई है।<ref name= "GER">{{cite journal | last1 = Wen | first1 = W |last2=Huang|first2= X|last3=Yang|first3= S|last4=Lu|first4= K|last5=Sheng|first5= P| title = नैनोकणों के निलंबन में विशाल इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल प्रभाव| journal = Nature Materials | volume = 2 | issue = 11 | pages = 727–730 |date=November 2003 | doi = 10.1038/nmat993 | pmid = 14528296 |bibcode = 2003NatMa...2..727W | s2cid = 6416226 }}</ref> मुख्य चिंता कणों की तैयारी के लिए [[ओकसेलिक अम्ल]] का उपयोग है क्योंकि यह एक मजबूत कार्बनिक अम्ल है।
विशाल इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल (जीईआर) द्रव की खोज 2003 में की गई थी,<ref name= "GER" />और कई अन्य ईआर तरल पदार्थों की तुलना में उच्च उपज शक्ति बनाए रखने में सक्षम है। जीईआर द्रव में सिलिकॉन तेल में निलंबित [[बेरियम]] [[टाइटेनियम]] [[ऑक्सालेट]] के [[यूरिया]] लेपित नैनोकण होते हैं। उच्च उपज शक्ति कणों के उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक, कणों के छोटे आकार और यूरिया कोटिंग के कारण होती है। जीईआर का एक अन्य लाभ यह है कि [[विद्युत क्षेत्र]] 1 केवी/मिमी तक पहुंचने के बाद विद्युत क्षेत्र की ताकत और उपज की ताकत के बीच संबंध रैखिक होता है। जीईआर एक उच्च उपज शक्ति है, परन्तु कई अन्य ईआर तरल पदार्थों की तुलना में कम विद्युत क्षेत्र ताकत और कम [[वर्तमान घनत्व]] तरल पदार्थ है। निलंबन की तैयारी की प्रक्रिया दी गई है।<ref name= "GER">{{cite journal | last1 = Wen | first1 = W |last2=Huang|first2= X|last3=Yang|first3= S|last4=Lu|first4= K|last5=Sheng|first5= P| title = नैनोकणों के निलंबन में विशाल इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल प्रभाव| journal = Nature Materials | volume = 2 | issue = 11 | pages = 727–730 |date=November 2003 | doi = 10.1038/nmat993 | pmid = 14528296 |bibcode = 2003NatMa...2..727W | s2cid = 6416226 }}</ref> मुख्य चिंता कणों की तैयारी के लिए [[ओकसेलिक अम्ल]] का उपयोग है क्योंकि यह एक मजबूत कार्बनिक अम्ल है।


== अनुप्रयोग ==
== अनुप्रयोग ==
Line 25: Line 25:
एक बड़ी समस्या यह है कि ईआर तरल पदार्थ निलंबन होते हैं, इसलिए समय के साथ वे व्यवस्थित हो जाते हैं, इसलिए उन्नत ईआर तरल पदार्थ इस समस्या से ठोस और तरल घटकों के घनत्व का मिलान करके, या नैनोकणों का उपयोग करके निपटते हैं, जो ईआर तरल पदार्थ को अंदर लाते हैं। मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों के विकास के अनुरूप। एक और समस्या यह है कि हवा का ब्रेकडाउन वोल्टेज ~ 3 केवी/मिमी है, जो ईआर उपकरणों को संचालित करने के लिए आवश्यक विद्युत क्षेत्र के करीब है।
एक बड़ी समस्या यह है कि ईआर तरल पदार्थ निलंबन होते हैं, इसलिए समय के साथ वे व्यवस्थित हो जाते हैं, इसलिए उन्नत ईआर तरल पदार्थ इस समस्या से ठोस और तरल घटकों के घनत्व का मिलान करके, या नैनोकणों का उपयोग करके निपटते हैं, जो ईआर तरल पदार्थ को अंदर लाते हैं। मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों के विकास के अनुरूप। एक और समस्या यह है कि हवा का ब्रेकडाउन वोल्टेज ~ 3 केवी/मिमी है, जो ईआर उपकरणों को संचालित करने के लिए आवश्यक विद्युत क्षेत्र के करीब है।


एक फायदा यह है कि एक ईआर उपकरण प्रभाव को नियंत्रित करने के लिए उपयोग की जाने वाली विद्युत शक्ति की तुलना में काफी अधिक यांत्रिक शक्ति को नियंत्रित कर सकता है, यानी यह एक शक्ति एम्पलीफायर के रूप में कार्य कर सकता है। लेकिन मुख्य लाभ प्रतिक्रिया की गति है। ऐसे कुछ अन्य प्रभाव हैं जो इतनी बड़ी मात्रा में यांत्रिक या हाइड्रोलिक शक्ति को इतनी तेजी से नियंत्रित करने में सक्षम हैं।
एक फायदा यह है कि एक ईआर उपकरण प्रभाव को नियंत्रित करने के लिए उपयोग की जाने वाली विद्युत शक्ति की तुलना में काफी अधिक यांत्रिक शक्ति को नियंत्रित कर सकता है, यानी यह एक शक्ति एम्पलीफायर के रूप में कार्य कर सकता है। परन्तु मुख्य लाभ प्रतिक्रिया की गति है। ऐसे कुछ अन्य प्रभाव हैं जो इतनी बड़ी मात्रा में यांत्रिक या हाइड्रोलिक शक्ति को इतनी तेजी से नियंत्रित करने में सक्षम हैं।


दुर्भाग्य से, कतरनी या प्रवाह मोड में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों द्वारा अनुभव की गई स्पष्ट चिपचिपाहट में वृद्धि अपेक्षाकृत सीमित है। ईआर द्रव न्यूटोनियन तरल से आंशिक रूप से क्रिस्टलीय अर्ध-कठोर कीचड़ में बदल जाता है। हालाँकि, जब इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव अतिरिक्त रूप से संपीड़ित तनाव का अनुभव करता है, तो लगभग पूर्ण तरल से ठोस चरण परिवर्तन प्राप्त किया जा सकता है।<ref>{{cite journal | last=Monkman | first=G J | title=संपीड़ित तनाव के तहत इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल प्रभाव| journal=Journal of Physics D: Applied Physics | publisher=IOP Publishing | volume=28 | issue=3 | date=1995-03-14 | issn=0022-3727 | doi=10.1088/0022-3727/28/3/022 | pages=588–593| bibcode=1995JPhD...28..588M | s2cid=250762153 }}</ref> इस प्रभाव का उपयोग इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल ब्रेल डिस्प्ले प्रदान करने के लिए किया गया है<ref>{{cite journal | last=Monkman | first=G. J. | title=एक इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल टैक्टाइल डिस्प्ले| journal=Presence: Teleoperators and Virtual Environments | publisher=MIT Press - Journals | volume=1 | issue=2 | year=1992 | issn=1054-7460 | doi=10.1162/pres.1992.1.2.219 | pages=219–228| s2cid=32555319 }}</ref> और बहुत प्रभावी चंगुल.<ref>{{cite journal | last=Monkman | first=G.J. | title=इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल युग्मन में संपीड़ित तनाव का शोषण| journal=Mechatronics | publisher=Elsevier BV | volume=7 | issue=1 | year=1997 | issn=0957-4158 | doi=10.1016/s0957-4158(96)00037-2 | pages=27–36}}</ref>
दुर्भाग्य से, कतरनी या प्रवाह मोड में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों द्वारा अनुभव की गई स्पष्ट चिपचिपाहट में वृद्धि अपेक्षाकृत सीमित है। ईआर द्रव न्यूटोनियन तरल से आंशिक रूप से क्रिस्टलीय अर्ध-कठोर कीचड़ में बदल जाता है। हालाँकि, जब इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव अतिरिक्त रूप से संपीड़ित तनाव का अनुभव करता है, तो लगभग पूर्ण तरल से ठोस चरण परिवर्तन प्राप्त किया जा सकता है।<ref>{{cite journal | last=Monkman | first=G J | title=संपीड़ित तनाव के तहत इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल प्रभाव| journal=Journal of Physics D: Applied Physics | publisher=IOP Publishing | volume=28 | issue=3 | date=1995-03-14 | issn=0022-3727 | doi=10.1088/0022-3727/28/3/022 | pages=588–593| bibcode=1995JPhD...28..588M | s2cid=250762153 }}</ref> इस प्रभाव का उपयोग इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल ब्रेल डिस्प्ले प्रदान करने के लिए किया गया है<ref>{{cite journal | last=Monkman | first=G. J. | title=एक इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल टैक्टाइल डिस्प्ले| journal=Presence: Teleoperators and Virtual Environments | publisher=MIT Press - Journals | volume=1 | issue=2 | year=1992 | issn=1054-7460 | doi=10.1162/pres.1992.1.2.219 | pages=219–228| s2cid=32555319 }}</ref> और बहुत प्रभावी चंगुल.<ref>{{cite journal | last=Monkman | first=G.J. | title=इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल युग्मन में संपीड़ित तनाव का शोषण| journal=Mechatronics | publisher=Elsevier BV | volume=7 | issue=1 | year=1997 | issn=0957-4158 | doi=10.1016/s0957-4158(96)00037-2 | pages=27–36}}</ref>

Revision as of 09:33, 21 September 2023

Articles about
Electromagnetism
Solenoid
Electrostatics
Magnetostatics
Electrodynamics
Electrical network
Covariant formulation
Scientists
Part of a series on
सातत्यक यांत्रिकी
प्रसार के कानून
कानून
संरक्षण
असमानता
ठोस यांत्रिकी
* विरूपण
तरल यांत्रिकी
द्रव
* स्टैटिक्स⧼dot-separator⧽ डायनामिक्स
तरल
* आसंजन
गैस
* वायुमंडल
प्लाज्मा
रियोलॉजी
स्मार्ट द्रव
वैज्ञानिक
* बर्नौली

इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल तरल पदार्थ विद्युत रूप से इन्सुलेटिंग तरल पदार्थ में अधिक सूक्ष्म गैर-संचालन परन्तु विद्युत रूप से सक्रिय कणों (50 माइक्रोमीटर व्यास तक) की निष्क्रियता (रसायन) हैं। इन तरल पदार्थों की स्पष्ट विस्कोसिटी विद्युत क्षेत्र की प्रतिक्रिया में 100,000 तक के क्रम से विपरीत रूप से परिवर्तित होती है। उदाहरण के लिए, विशिष्ट ईआर तरल पदार्थ, तरल की स्थिरता से जेल की स्थिरता तक जा सकता है, और मिलीसेकंड के क्रम पर प्रतिक्रिया समय के साथ वापस आ सकता है।[1] इस प्रभाव को कभी-कभी इसके अमेरिकी आविष्कारक, विलिस विंसलो के नाम पर विंसलो प्रभाव कहा जाता है, जिन्होंने 1947 में इस प्रभाव पर अमेरिकी पेटेंट प्राप्त किया था।[2] और 1949 में प्रकाशित लेख लिखा था।[3]

ईआर प्रभाव

स्पष्ट चिपचिपाहट में परिवर्तन लागू विद्युत क्षेत्र पर निर्भर करता है, यानी प्लेटों के बीच की दूरी से विभाजित क्षमता। यह परिवर्तन श्यानता में साधारण परिवर्तन नहीं है, इसलिए इन तरल पदार्थों को अब पुराने शब्द इलेक्ट्रो विस्कोस तरल पदार्थ के बजाय ईआर तरल पदार्थ के रूप में जाना जाता है। प्रभाव को विद्युत क्षेत्र पर निर्भर कतरनी उपज तनाव के रूप में बेहतर वर्णित किया गया है। सक्रिय होने पर ईआर द्रव बिंघम प्लास्टिक (एक प्रकार का viscoelastic पदार्थ) की तरह व्यवहार करता है, जिसका उपज बिंदु विद्युत क्षेत्र की ताकत से निर्धारित होता है। उपज बिंदु पर पहुंचने के बाद, द्रव एक तरल पदार्थ के रूप में कतरता है, यानी वृद्धिशील कतरनी तनाव कतरनी की दर के समानुपाती होता है (न्यूटोनियन द्रव में कोई उपज बिंदु नहीं होता है और तनाव सीधे कतरनी के समानुपाती होता है)। इसलिए लागू विद्युत क्षेत्र को समायोजित करके द्रव की गति के प्रतिरोध को नियंत्रित किया जा सकता है।

रचना और सिद्धांत

ईआर तरल पदार्थ एक प्रकार का स्मार्ट तरल पदार्थ है। कॉर्नस्टार्च को हल्के वनस्पति तेल या (बेहतर) सिलिकॉन तेल में मिलाकर एक साधारण ईआर तरल पदार्थ बनाया जा सकता है।

प्रभाव को समझाने के लिए दो मुख्य सिद्धांत हैं: इंटरफ़ेशियल तनाव या 'जल पुल' सिद्धांत,[4] और इलेक्ट्रोस्टैटिक सिद्धांत। जल सेतु सिद्धांत एक तीन चरण प्रणाली मानता है, कणों में तीसरा चरण होता है जो एक अन्य तरल (जैसे पानी) होता है जो मुख्य चरण तरल (जैसे तेल) के साथ अमिश्रणीय होता है। बिना किसी लागू विद्युत क्षेत्र के, तीसरा चरण कणों की ओर दृढ़ता से आकर्षित होता है और उनके भीतर ही बना रहता है। इसका मतलब है कि ईआर द्रव कणों का एक निलंबन है, जो तरल के रूप में व्यवहार करता है। जब एक विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है तो तीसरा चरण इलेक्ट्रो असमस द्वारा कणों के एक तरफ संचालित होता है और श्रृंखला बनाने के लिए आसन्न कणों को एक साथ बांधता है। इस श्रृंखला संरचना का मतलब है कि ईआर द्रव ठोस बन गया है। इलेक्ट्रोस्टैटिक सिद्धांत केवल दो चरण प्रणाली मानता है, जिसमें ढांकता हुआ कण एक विद्युत क्षेत्र के साथ संरेखित श्रृंखला बनाते हैं, जो मैग्नेटोरियोलॉजिकल द्रव पदार्थ (एमआर) तरल पदार्थ के समान तरीके से काम करता है। एक इन्सुलेटर में लेपित कंडक्टर से बने ठोस चरण के साथ एक ईआर तरल पदार्थ का निर्माण किया गया है।[5] यह ईआर द्रव स्पष्ट रूप से जल पुल मॉडल द्वारा काम नहीं कर सकता है। हालाँकि, यह प्रदर्शित करते हुए कि कुछ ईआर तरल पदार्थ इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव से काम करते हैं, यह साबित नहीं होता है कि सभी ईआर तरल पदार्थ ऐसा करते हैं। इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव पर काम करने वाले ईआर तरल पदार्थ का लाभ लीकेज करंट को खत्म करना है, यानी संभावित रूप से कोई प्रत्यक्ष करंट नहीं है। बेशक, चूंकि ईआर उपकरण विद्युत रूप से संधारित्र के रूप में व्यवहार करते हैं, और ईआर प्रभाव का मुख्य लाभ प्रतिक्रिया की गति है, एक प्रत्यावर्ती धारा की अपेक्षा की जाती है।

कण विद्युत रूप से सक्रिय हैं। वे फेरोइलेक्ट्रिक हो सकते हैं या, जैसा कि ऊपर बताया गया है, विद्युत इन्सुलेशन के साथ लेपित विद्युत कंडक्टर, या इलेक्ट्रो-ऑस्मोटिक रूप से सक्रिय कणों से बने होते हैं। फेरोइलेक्ट्रिक या संचालन सामग्री के मामले में, कणों में उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक होगा। विद्युत चालक के ढांकता हुआ स्थिरांक के बारे में यहां कुछ भ्रम हो सकता है, परन्तु यदि उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक वाली सामग्री को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो उस क्षेत्र का परिमाण ढांकता हुआ की मात्रा के भीतर मापनीय रूप से कम हो जाएगा (मुख्य देखें) पृष्ठ: सापेक्ष पारगम्यता), और चूंकि एक आदर्श चालक में विद्युत क्षेत्र शून्य है, तो इस संदर्भ में एक चालक का ढांकता हुआ स्थिरांक अनंत है।

ईआर प्रभाव को प्रभावित करने वाला एक अन्य कारक इलेक्ट्रोड की ज्यामिति है। समानांतर ग्रूव्ड इलेक्ट्रोड की शुरूआत से ईआर प्रभाव में मामूली वृद्धि देखी गई परन्तु लंबवत ग्रूव्ड इलेक्ट्रोड ने ईआर प्रभाव को दोगुना कर दिया।[6] इलेक्ट्रोड को विद्युत रूप से ध्रुवीकरण योग्य सामग्रियों के साथ कोटिंग करके ईआर प्रभाव में बहुत बड़ी वृद्धि प्राप्त की जा सकती है। यह डाईइलेक्ट्रोफोरेसिस के सामान्य नुकसान को एक उपयोगी प्रभाव में बदल देता है। इसमें ईआर द्रव में रिसाव धाराओं को कम करने का भी प्रभाव होता है।[7] विशाल इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल (जीईआर) द्रव की खोज 2003 में की गई थी,[8]और कई अन्य ईआर तरल पदार्थों की तुलना में उच्च उपज शक्ति बनाए रखने में सक्षम है। जीईआर द्रव में सिलिकॉन तेल में निलंबित बेरियम टाइटेनियम ऑक्सालेट के यूरिया लेपित नैनोकण होते हैं। उच्च उपज शक्ति कणों के उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक, कणों के छोटे आकार और यूरिया कोटिंग के कारण होती है। जीईआर का एक अन्य लाभ यह है कि विद्युत क्षेत्र 1 केवी/मिमी तक पहुंचने के बाद विद्युत क्षेत्र की ताकत और उपज की ताकत के बीच संबंध रैखिक होता है। जीईआर एक उच्च उपज शक्ति है, परन्तु कई अन्य ईआर तरल पदार्थों की तुलना में कम विद्युत क्षेत्र ताकत और कम वर्तमान घनत्व तरल पदार्थ है। निलंबन की तैयारी की प्रक्रिया दी गई है।[8] मुख्य चिंता कणों की तैयारी के लिए ओकसेलिक अम्ल का उपयोग है क्योंकि यह एक मजबूत कार्बनिक अम्ल है।

अनुप्रयोग

ईआर तरल पदार्थों का सामान्य अनुप्रयोग तेजी से काम करने वाले हाइड्रोलिक मैनिफोल्ड में होता है[9] और क्लच, प्लेटों के बीच अलगाव 1 मिमी के क्रम में और लागू क्षमता 1 केवी के क्रम में होती है। सरल शब्दों में, जब विद्युत क्षेत्र लागू होता है, तो ईआर हाइड्रोलिक वाल्व बंद हो जाता है या ईआर क्लच की प्लेटें एक साथ बंद हो जाती हैं, जब विद्युत क्षेत्र हटा दिया जाता है तो ईआर हाइड्रोलिक वाल्व खुला होता है या क्लच प्लेटें अलग हो जाती हैं। अन्य सामान्य अनुप्रयोग ईआर ब्रेक में हैं[10] (ब्रेक को एक तरफ से स्थिर क्लच के रूप में सोचें) और शॉक अवशोषक[11] (जिसे बंद हाइड्रोलिक सिस्टम के रूप में सोचा जा सकता है जहां वाल्व के माध्यम से तरल पदार्थ को पंप करने के लिए झटके का उपयोग किया जाता है)।

इन तरल पदार्थों के कई नये उपयोग हैं। संभावित उपयोग सटीक अपघर्षक पॉलिशिंग में हैं[12] और हैप्टिक प्रौद्योगिकी नियंत्रक और स्पर्श प्रदर्शन के रूप में।[13] ईआर तरल पदार्थ को लचीला इलेक्ट्रॉनिक्स में संभावित अनुप्रयोगों के लिए भी प्रस्तावित किया गया है, जिसमें तरल पदार्थ को रोल करने योग्य स्क्रीन और कीपैड जैसे तत्वों में शामिल किया गया है, जिसमें तरल पदार्थ के चिपचिपाहट-बदलने वाले गुण रोल करने योग्य तत्वों को उपयोग के लिए कठोर और लचीले बनाने की अनुमति देते हैं। उपयोग में न होने पर भंडारण के लिए रोल करें और वापस लें। मोटोरोला ने 2006 में मोबाइल डिवाइस अनुप्रयोगों के लिए एक पेटेंट आवेदन दायर किया।[14]

समस्याएँ और लाभ

एक बड़ी समस्या यह है कि ईआर तरल पदार्थ निलंबन होते हैं, इसलिए समय के साथ वे व्यवस्थित हो जाते हैं, इसलिए उन्नत ईआर तरल पदार्थ इस समस्या से ठोस और तरल घटकों के घनत्व का मिलान करके, या नैनोकणों का उपयोग करके निपटते हैं, जो ईआर तरल पदार्थ को अंदर लाते हैं। मैग्नेटोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों के विकास के अनुरूप। एक और समस्या यह है कि हवा का ब्रेकडाउन वोल्टेज ~ 3 केवी/मिमी है, जो ईआर उपकरणों को संचालित करने के लिए आवश्यक विद्युत क्षेत्र के करीब है।

एक फायदा यह है कि एक ईआर उपकरण प्रभाव को नियंत्रित करने के लिए उपयोग की जाने वाली विद्युत शक्ति की तुलना में काफी अधिक यांत्रिक शक्ति को नियंत्रित कर सकता है, यानी यह एक शक्ति एम्पलीफायर के रूप में कार्य कर सकता है। परन्तु मुख्य लाभ प्रतिक्रिया की गति है। ऐसे कुछ अन्य प्रभाव हैं जो इतनी बड़ी मात्रा में यांत्रिक या हाइड्रोलिक शक्ति को इतनी तेजी से नियंत्रित करने में सक्षम हैं।

दुर्भाग्य से, कतरनी या प्रवाह मोड में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों द्वारा अनुभव की गई स्पष्ट चिपचिपाहट में वृद्धि अपेक्षाकृत सीमित है। ईआर द्रव न्यूटोनियन तरल से आंशिक रूप से क्रिस्टलीय अर्ध-कठोर कीचड़ में बदल जाता है। हालाँकि, जब इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव अतिरिक्त रूप से संपीड़ित तनाव का अनुभव करता है, तो लगभग पूर्ण तरल से ठोस चरण परिवर्तन प्राप्त किया जा सकता है।[15] इस प्रभाव का उपयोग इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल ब्रेल डिस्प्ले प्रदान करने के लिए किया गया है[16] और बहुत प्रभावी चंगुल.[17]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Khanicheh, Azadeh; Mintzopoulos, Dionyssios (June 2008). et al. "Evaluation of Electrorheological Fluid Dampers for Applications at 3-T MRI Environment" (PDF). IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 3. 13 (3): 286–294. doi:10.1109/TMECH.2008.924043. S2CID 14188698. Archived from the original (PDF) on 2014-07-22. Retrieved 2016-10-12.
  2. ↑ U.S. Patent 2,417,850: Winslow, W. M.: 'Method and means for translating electrical impulses into mechanical force', 25 March 1947
  3. ↑ Winslow, Willis M. (1949). "निलंबन का प्रेरित कंपन". J. Appl. Phys. 20 (12): 1137–1140. Bibcode:1949JAP....20.1137W. doi:10.1063/1.1698285.
  4. ↑ Stangroom, JE (1983). "इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल तरल पदार्थ". Physics in Technology. 14 (6): 290–296. Bibcode:1983PhTec..14..290S. doi:10.1088/0305-4624/14/6/305.
  5. ↑ Tam, W Y; Yi, G H; Wen, W; Ma, H; Sheng, P (April 1997). "New Electrorheological Fluid: Theory and Experiment" (PDF). Phys. Rev. Lett. 78 (15): 2987–2990. Bibcode:1997PhRvL..78.2987T. doi:10.1103/PhysRevLett.78.2987.
  6. ↑ Georgiades, G; Oyadiji, SO (2003). "इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल द्रव वाल्वों के प्रदर्शन पर इलेक्ट्रोड ज्यामिति का प्रभाव". Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 14 (2): 105–111. doi:10.1177/1045389X03014002006. S2CID 110195091.
  7. ↑ Monkman, G. J. (1991). "इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल तरल पदार्थों में ठोस संरचनाओं का जोड़". Journal of Rheology. Society of Rheology. 35 (7): 1385–1392. Bibcode:1991JRheo..35.1385M. doi:10.1122/1.550237. ISSN 0148-6055.
  8. ↑ 8.0 8.1 Wen, W; Huang, X; Yang, S; Lu, K; Sheng, P (November 2003). "नैनोकणों के निलंबन में विशाल इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल प्रभाव". Nature Materials. 2 (11): 727–730. Bibcode:2003NatMa...2..727W. doi:10.1038/nmat993. PMID 14528296. S2CID 6416226.
  9. ↑ Simmonds, AJ (July 1991). "हाइड्रोलिक सर्किट में इलेक्ट्रो-रियोलॉजिकल वाल्व". IEE Proceedings D - Control Theory and Applications. 138 (4): 400–404. doi:10.1049/ip-d.1991.0054.
  10. ↑ Seed, M; Hobson, GS; Tozer, RC; Simmonds, AJ (September 1986). "वोल्टेज-नियंत्रित इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल ब्रेक". Proc. IASTED Int. Symp. Measurement, Sig. Proc. and Control. Taormina, Italy: ACTA Press. pp. Paper No. 105–092–1.
  11. ↑ Stanway, R; Sproston, JL; El-Wahed, AK (August 1996). "Applications of electro-rheological fluids in vibration control: a survey". Smart Mater. Struct. 5 (4): 464–482. Bibcode:1996SMaS....5..464S. doi:10.1088/0964-1726/5/4/011. S2CID 250745595.
  12. ↑ KIM W. B.; LEE S. J.; KIM Y. J.; LEE E. S. (2003). "इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल फ्लूइड-असिस्टेड पॉलिशिंग का इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिद्धांत". International Journal of Machine Tools & Manufacture. Kidlington, UK: Elsevier. 43 (1): 81–88. doi:10.1016/S0890-6955(02)00143-8.
  13. ↑ Liu, Y; Davidson, R; Taylor, P (2005). Flatau, Alison B (ed.). "ईआर द्रव आधारित स्पर्श प्रदर्शन की स्पर्श संवेदनशीलता की जांच". Proceedings of SPIE. Smart Structures and Materials 2005: Smart Structures and Integrated Systems. 5764: 92–99. Bibcode:2005SPIE.5764...92L. doi:10.1117/12.598713. S2CID 109965266.
  14. ↑ "Foldable/ rollable phone from Motorola". unwiredview.com. 25 January 2008.
  15. ↑ Monkman, G J (1995-03-14). "संपीड़ित तनाव के तहत इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल प्रभाव". Journal of Physics D: Applied Physics. IOP Publishing. 28 (3): 588–593. Bibcode:1995JPhD...28..588M. doi:10.1088/0022-3727/28/3/022. ISSN 0022-3727. S2CID 250762153.
  16. ↑ Monkman, G. J. (1992). "एक इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल टैक्टाइल डिस्प्ले". Presence: Teleoperators and Virtual Environments. MIT Press - Journals. 1 (2): 219–228. doi:10.1162/pres.1992.1.2.219. ISSN 1054-7460. S2CID 32555319.
  17. ↑ Monkman, G.J. (1997). "इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल युग्मन में संपीड़ित तनाव का शोषण". Mechatronics. Elsevier BV. 7 (1): 27–36. doi:10.1016/s0957-4158(96)00037-2. ISSN 0957-4158.
Retrieved from ‘https://www.vigyanwiki.in/index.php?title=इलेक्ट्रोरियोलॉजिकल_द्रव&oldid=260044’