पायरोइलेक्ट्रिसिटी: Difference between revisions

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पाइरोइलेक्ट्रिकिटी को तापमान में परिवर्तन के अनुपात में शुद्ध ध्रुवीकरण (एक सदिश) में परिवर्तन के रूप में मापा जाता है। निरंतर प्रतिबल पर मापा गया कुल पाइरोइलेक्ट्रिक गुणांक निरंतर प्रतिबल (प्राथमिक पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव) और तापीय विस्तार (द्वितीयक पाइरोइलेक्ट्रिक प्रभाव) से  दाबविद्युत योगदान पर पायरोइलेक्ट्रिक गुणांक का योग है। सामान्य परिस्थितियों में, यहां तक ​​कि ध्रुवीय पदार्थ भी शुद्ध द्विध्रुव आघूर्ण प्रदर्शित नहीं करती हैं। फलस्वरूप  छड़ चुंबक  के कोई विद्युत द्विध्रुवीय समकक्ष नहीं हैं क्योंकि आंतरिक द्विध्रुवीय क्षण मुक्त विद्युत आवेश द्वारा निष्प्रभावी हो जाता है जो आंतरिक चालन या परिवेशी वातावरण से सतह पर बनता है। ध्रुवीय क्रिस्टल मात्र अपनी प्रकृति को प्रकट करते हैं जब किसी प्रकार से विचलित होते हैं जो क्षणिक रूप से क्षतिपूर्ति सतह आवेश के साथ संतुलन को बिगाड़ देते हैं।
पाइरोइलेक्ट्रिकिटी को तापमान में परिवर्तन के अनुपात में शुद्ध ध्रुवीकरण (एक सदिश) में परिवर्तन के रूप में मापा जाता है। निरंतर प्रतिबल पर मापा गया कुल पाइरोइलेक्ट्रिक गुणांक निरंतर प्रतिबल (प्राथमिक पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव) और तापीय विस्तार (द्वितीयक पाइरोइलेक्ट्रिक प्रभाव) से  दाबविद्युत योगदान पर पायरोइलेक्ट्रिक गुणांक का योग है। सामान्य परिस्थितियों में, यहां तक ​​कि ध्रुवीय पदार्थ भी शुद्ध द्विध्रुव आघूर्ण प्रदर्शित नहीं करती हैं। फलस्वरूप  छड़ चुंबक  के कोई विद्युत द्विध्रुवीय समकक्ष नहीं हैं क्योंकि आंतरिक द्विध्रुवीय क्षण मुक्त विद्युत आवेश द्वारा निष्प्रभावी हो जाता है जो आंतरिक चालन या परिवेशी वातावरण से सतह पर बनता है। ध्रुवीय क्रिस्टल मात्र अपनी प्रकृति को प्रकट करते हैं जब किसी प्रकार से विचलित होते हैं जो क्षणिक रूप से क्षतिपूर्ति सतह आवेश के साथ संतुलन को बिगाड़ देते हैं।


स्वतःस्फूर्त ध्रुवीकरण तापमान पर निर्भर होता है, इसलिए एक अच्छा क्षोभ जांच तापमान में परिवर्तन होता है जो सतहों से आवेश के प्रवाह को प्रेरित करता है। यह पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव है। सभी ध्रुवीय क्रिस्टल पायरोइलेक्ट्रिक होते हैं, इसलिए 10 ध्रुवीय क्रिस्टल वर्गों को कभी-कभी पायरोइलेक्ट्रिक वर्ग कहा जाता है। पाइरोइलेक्ट्रिक पदार्थ का उपयोग अवरक्त और मिलीमीटर तरंग दैर्ध्य विकिरण डिटेक्टरों के रूप में किया जा सकता है।
स्वतःप्रवर्तित ध्रुवीकरण तापमान पर निर्भर होता है, इसलिए एक ठीक क्षोभ जांच तापमान में परिवर्तन होता है जो सतहों से आवेश के प्रवाह को प्रेरित करता है। यह पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव है। सभी ध्रुवीय क्रिस्टल पायरोइलेक्ट्रिक होते हैं, इसलिए 10 ध्रुवीय क्रिस्टल वर्गों को कभी-कभी पायरोइलेक्ट्रिक वर्ग कहा जाता है। पाइरोइलेक्ट्रिक पदार्थ का उपयोग अवरक्त और मिलीमीटर तरंग दैर्ध्य विकिरण संसूचकों के रूप में किया जा सकता है।


एक इलेक्ट्रेट एक स्थायी चुंबक का विद्युत समतुल्य है।
एक इलेक्ट्रेट एक स्थायी चुंबक का विद्युत समतुल्य है।


=== गणितीय विवरण ===
=== गणितीय विवरण ===
पाइरोइलेक्ट्रिक गुणांक को तापमान के साथ सहज ध्रुवीकरण सदिश में परिवर्तन के रूप में वर्णित किया जा सकता है:<ref>{{cite journal|last1=Damjanovic|first1=Dragan|year=1998|title=फेरोइलेक्ट्रिक पतली फिल्मों और सिरेमिक के फेरोइलेक्ट्रिक, ढांकता हुआ और पीजोइलेक्ट्रिक गुण|journal=Rep. Prog. Phys.|volume=61|issue=9|pages=1267–1324|doi=10.1088/0034-4885/61/9/002 | bibcode=1998RPPh...61.1267D}}</ref>
पाइरोइलेक्ट्रिक गुणांक को तापमान के साथ स्वतःप्रवर्तित ध्रुवीकरण सदिश में परिवर्तन के रूप में वर्णित किया जा सकता है:<ref>{{cite journal|last1=Damjanovic|first1=Dragan|year=1998|title=फेरोइलेक्ट्रिक पतली फिल्मों और सिरेमिक के फेरोइलेक्ट्रिक, ढांकता हुआ और पीजोइलेक्ट्रिक गुण|journal=Rep. Prog. Phys.|volume=61|issue=9|pages=1267–1324|doi=10.1088/0034-4885/61/9/002 | bibcode=1998RPPh...61.1267D}}</ref>
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p_i = \frac{\partial P_{S,i}} {\partial T}   
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जहां प<sub>i</sub>(सेमी<sup>−2</सुप>के<sup>-1</sup>) पायरोइलेक्ट्रिक गुणांक के लिए सदिश है।
जहां ''p<sub>i</sub>'' (Cm<sup>−2</sup>K<sup>−1</sup>) पायरोइलेक्ट्रिक गुणांक के लिए सदिश है।  


== इतिहास ==
== इतिहास ==
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== क्रिस्टल वर्ग ==
== क्रिस्टल वर्ग ==
सभी [[क्रिस्टल संरचनाएं]] बत्तीस क्रिस्टल सिस्टम में से एक से संबंधित हैं # क्रिस्टल कक्षाएं उनके समीप  [[घूर्णी समरूपता]] और [[दर्पण विमान]] की संख्या के आधार पर होती हैं जो क्रिस्टल संरचना को अपरिवर्तित छोड़ देती हैं ([[बिंदु समूह]])। बत्तीस क्रिस्टल वर्गों में से इक्कीस गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक हैं (यूक्लिडियन अंतरिक्ष में आइसोमेट्री समूहों के एक निश्चित बिंदु नहीं हैं)। इन इक्कीस में से बीस प्रत्यक्ष  दाबविद्युत प्रदर्शित करते हैं, शेष एक घन वर्ग 432 है। इन बीस  दाबविद्युत वर्गों में से दस ध्रुवीय हैं, यानी, उनके समीप  एक सहज ध्रुवीकरण होता है, उनके यूनिट सेल में एक द्विध्रुवीय होता है, और पाइरोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करता है। यदि इस द्विध्रुव को विद्युत क्षेत्र के अनुप्रयोग द्वारा उलटा किया जा सकता है, तो पदार्थ को [[फेरोइलेक्ट्रिक]] कहा जाता है। कोई भी ढांकता हुआ पदार्थ एक विद्युत क्षेत्र लागू होने पर एक ढांकता हुआ ध्रुवीकरण ( स्थिरवैद्युतिकी) विकसित करता है, परन्तु  एक पदार्थ जिसमें एक क्षेत्र की अनुपस्थिति में भी ऐसा प्राकृतिक आवेश पृथक्करण होता है, एक ध्रुवीय पदार्थ कहलाता है। कोई पदार्थ ध्रुवीय है या नहीं, यह पूरी तरह से उसके क्रिस्टल संरचना द्वारा निर्धारित किया जाता है। 32 बिंदु समूहों में से मात्र 10 ध्रुवीय हैं। सभी [[ध्रुवीय क्रिस्टल]] पायरोइलेक्ट्रिक होते हैं, इसलिए दस ध्रुवीय क्रिस्टल वर्गों को कभी-कभी पाइरोइलेक्ट्रिक वर्ग कहा जाता है।
सभी [[क्रिस्टल संरचनाएं]] बत्तीस क्रिस्टल सिस्टम में से एक से संबंधित हैं # क्रिस्टल कक्षाएं उनके समीप  [[घूर्णी समरूपता]] और [[दर्पण विमान]] की संख्या के आधार पर होती हैं जो क्रिस्टल संरचना को अपरिवर्तित छोड़ देती हैं ([[बिंदु समूह]])। बत्तीस क्रिस्टल वर्गों में से इक्कीस गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक हैं (यूक्लिडियन अंतरिक्ष में आइसोमेट्री समूहों के एक निश्चित बिंदु नहीं हैं)। इन इक्कीस में से बीस प्रत्यक्ष  दाबविद्युत प्रदर्शित करते हैं, शेष एक घन वर्ग 432 है। इन बीस  दाबविद्युत वर्गों में से दस ध्रुवीय हैं, यानी, उनके समीप  एक स्वतःप्रवर्तित ध्रुवीकरण होता है, उनके यूनिट सेल में एक द्विध्रुवीय होता है, और पाइरोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करता है। यदि इस द्विध्रुव को विद्युत क्षेत्र के अनुप्रयोग द्वारा उलटा किया जा सकता है, तो पदार्थ को [[फेरोइलेक्ट्रिक]] कहा जाता है। कोई भी ढांकता हुआ पदार्थ एक विद्युत क्षेत्र लागू होने पर एक ढांकता हुआ ध्रुवीकरण ( स्थिरवैद्युतिकी) विकसित करता है, परन्तु  एक पदार्थ जिसमें एक क्षेत्र की अनुपस्थिति में भी ऐसा प्राकृतिक आवेश पृथक्करण होता है, एक ध्रुवीय पदार्थ कहलाता है। कोई पदार्थ ध्रुवीय है या नहीं, यह पूरी तरह से उसके क्रिस्टल संरचना द्वारा निर्धारित किया जाता है। 32 बिंदु समूहों में से मात्र 10 ध्रुवीय हैं। सभी [[ध्रुवीय क्रिस्टल]] पायरोइलेक्ट्रिक होते हैं, इसलिए दस ध्रुवीय क्रिस्टल वर्गों को कभी-कभी पाइरोइलेक्ट्रिक वर्ग कहा जाता है।


दाबविद्युत क्रिस्टल वर्ग: 1, 2, मी, 222, मिमी 2, 4, -4, 422, 4 मिमी, -42 मी, 3, 32, 3 मी, 6, -6, 622, 6 मिमी, -62 मी, 23, -43 मी
दाबविद्युत क्रिस्टल वर्ग: 1, 2, मी, 222, मिमी 2, 4, -4, 422, 4 मिमी, -42 मी, 3, 32, 3 मी, 6, -6, 622, 6 मिमी, -62 मी, 23, -43 मी
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दो प्रभाव जो पाइरोइलेक्ट्रिकिटी से निकटता से संबंधित हैं, फेरोइलेक्ट्रिसिटी और  दाबविद्युत हैं। सामान्यतः मैक्रोस्कोपिक स्तर पर पदार्थ लगभग विद्युत रूप से तटस्थ होती है। यद्यपि , धनात्मक और ऋणात्मक आवेश जो पदार्थ बनाते हैं, आवश्यक रूप से सममित तरीके से वितरित नहीं होते हैं। यदि मूल सेल के सभी तत्वों के लिए आवेश गुणा दूरी का योग शून्य के बराबर नहीं है तो सेल में एक विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण (एक सदिश मात्रा) होगा। प्रति इकाई आयतन द्विध्रुवीय क्षण को परावैद्युत ध्रुवीकरण के रूप में परिभाषित किया गया है। यदि यह द्विध्रुवीय क्षण लागू तापमान परिवर्तन, लागू विद्युत क्षेत्र, या लागू दबाव के प्रभाव से बदलता है, तो पदार्थ क्रमशः पायरोइलेक्ट्रिक, फेरोइलेक्ट्रिक या  दाबविद्युत है।
दो प्रभाव जो पाइरोइलेक्ट्रिकिटी से निकटता से संबंधित हैं, फेरोइलेक्ट्रिसिटी और  दाबविद्युत हैं। सामान्यतः मैक्रोस्कोपिक स्तर पर पदार्थ लगभग विद्युत रूप से तटस्थ होती है। यद्यपि , धनात्मक और ऋणात्मक आवेश जो पदार्थ बनाते हैं, आवश्यक रूप से सममित तरीके से वितरित नहीं होते हैं। यदि मूल सेल के सभी तत्वों के लिए आवेश गुणा दूरी का योग शून्य के बराबर नहीं है तो सेल में एक विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण (एक सदिश मात्रा) होगा। प्रति इकाई आयतन द्विध्रुवीय क्षण को परावैद्युत ध्रुवीकरण के रूप में परिभाषित किया गया है। यदि यह द्विध्रुवीय क्षण लागू तापमान परिवर्तन, लागू विद्युत क्षेत्र, या लागू दबाव के प्रभाव से बदलता है, तो पदार्थ क्रमशः पायरोइलेक्ट्रिक, फेरोइलेक्ट्रिक या  दाबविद्युत है।


फेरोइलेक्ट्रिक प्रभाव उन पदार्थों द्वारा प्रदर्शित किया जाता है जिनमें बाहरी रूप से लागू विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में एक विद्युत ध्रुवीकरण होता है जैसे कि विद्युत क्षेत्र को उलटने पर ध्रुवीकरण को उलटा किया जा सकता है। चूंकि सभी फेरोइलेक्ट्रिक पदार्थ एक सहज ध्रुवीकरण प्रदर्शित करती हैं, सभी फेरोइलेक्ट्रिक पदार्थ भी पायरोइलेक्ट्रिक हैं (परन्तु  सभी पायरोइलेक्ट्रिक पदार्थ फेरोइलेक्ट्रिक नहीं हैं)।
फेरोइलेक्ट्रिक प्रभाव उन पदार्थों द्वारा प्रदर्शित किया जाता है जिनमें बाहरी रूप से लागू विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में एक विद्युत ध्रुवीकरण होता है जैसे कि विद्युत क्षेत्र को उलटने पर ध्रुवीकरण को उलटा किया जा सकता है। चूंकि सभी फेरोइलेक्ट्रिक पदार्थ एक स्वतःप्रवर्तित ध्रुवीकरण प्रदर्शित करती हैं, सभी फेरोइलेक्ट्रिक पदार्थ भी पायरोइलेक्ट्रिक हैं (परन्तु  सभी पायरोइलेक्ट्रिक पदार्थ फेरोइलेक्ट्रिक नहीं हैं)।


पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव क्रिस्टल (जैसे क्वार्ट्ज या सिरेमिक) द्वारा प्रदर्शित किया जाता है, जिसके लिए दबाव लागू होने पर पदार्थ में एक विद्युत वोल्टता दिखाई देता है। पाइरोइलेक्ट्रिक प्रभाव के समान, घटना क्रिस्टल की असममित संरचना के कारण होती है जो आयनों को दूसरों की तुलना में एक अक्ष के साथ अधिक आसानी से स्थानांतरित करने की अनुमति देती है। जैसे ही दबाव डाला जाता है, क्रिस्टल का प्रत्येक पक्ष विपरीत आवेश  लेता है, जिसके परिणामस्वरूप क्रिस्टल में वोल्टता गिर जाता है।
पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव क्रिस्टल (जैसे क्वार्ट्ज या सिरेमिक) द्वारा प्रदर्शित किया जाता है, जिसके लिए दबाव लागू होने पर पदार्थ में एक विद्युत वोल्टता दिखाई देता है। पाइरोइलेक्ट्रिक प्रभाव के समान, घटना क्रिस्टल की असममित संरचना के कारण होती है जो आयनों को दूसरों की तुलना में एक अक्ष के साथ अधिक आसानी से स्थानांतरित करने की अनुमति देती है। जैसे ही दबाव डाला जाता है, क्रिस्टल का प्रत्येक पक्ष विपरीत आवेश  लेता है, जिसके परिणामस्वरूप क्रिस्टल में वोल्टता गिर जाता है।

Revision as of 20:48, 1 April 2023

Not to be confused with thermoelectricity, a different thermal effect with a different mechanism.
पायरोइलेक्ट्रिक सेंसर के आंतरिक भाग

पायरोइलेक्ट्रिसिटी (दो ग्रीक शब्दों पीर का अर्थ आग और विद्युत से है) कुछ क्रिस्टल का गुण है जो स्वाभाविक रूप से विद्युत रूप से ध्रुवीकृत होते हैं और परिणामस्वरूप बड़े विद्युत क्षेत्र होते हैं।[1] पाइरोइलेक्ट्रिकिटी को गर्म या ठंडा होने पर अस्थायी वोल्टता उत्पन्न करने के लिए कुछ पदार्थों की क्षमता के रूप में वर्णित किया जा सकता है।[2][3] तापमान में परिवर्तन क्रिस्टल संरचना के भीतर परमाणुओं की स्थिति को थोड़ा संशोधित करता है, जिससे पदार्थ के ध्रुवीकरण ( स्थिरवैद्युतिकी) में परिवर्तन होता है। यह ध्रुवीकरण परिवर्तन क्रिस्टल के पार एक वोल्टता को जन्म देता है। यदि तापमान अपने नए मान पर स्थिर रहता है, तो रिसाव (इलेक्ट्रॉनिक्स) के कारण पाइरोइलेक्ट्रिक वोल्टता धीरे-धीरे अदृश्य हो जाता है। रिसाव क्रिस्टल के माध्यम से चलने वाले इलेक्ट्रॉनों, वायु के माध्यम से चलने वाले आयनों, या क्रिस्टल से जुड़े वोल्टमीटर के माध्यम से रिसन होने के कारण हो सकता है।[3][4]


स्पष्टीकरण

खनिजों में पाइरोइलेक्ट्रिक आवेश असममित क्रिस्टल के विपरीत पक्ष पर विकसित होता है। जिस दिशा में आवेश का प्रसार होता है, वह सामान्यतः एक पायरोइलेक्ट्रिक पदार्थ में स्थिर होता है, परन्तु , कुछ पदार्थों में, इस दिशा को समीप के विद्युत क्षेत्र द्वारा बदला जा सकता है। इन पदार्थों को लोह विद्युत प्रदर्शित करने के लिए कहा जाता है। सभी ज्ञात पाइरोइलेक्ट्रिक पदार्थ भी दाब विद्युत हैं। पाइरोइलेक्ट्रिक होने के अतिरिक्त , बोरॉन एल्युमीनियम नाइट्राइड (बीएएलएन) और बोरोन गैलियम नाइट्राइड (बीजीएएन) जैसी नवीन पदार्थ में कुछ रचनाओं में सी-अक्ष के साथ प्रतिबल के लिए शून्य दाबविद्युत प्रतिक्रिया होती है।[5] दो गुण निकट से संबंधित हैं। यद्यपि , ध्यान दें कि कुछ दाबविद्युत पदार्थों में एक क्रिस्टल समरूपता होती है जो पाइरोइलेक्ट्रिकिटी की अनुमति नहीं देती है।

पाइरोइलेक्ट्रिक पदार्थ अधिकतर कठोर और क्रिस्टल होती है, यद्यपि, इलेक्ट्रेट का उपयोग करके मृदु पायरोइलेक्ट्रिकिटी प्राप्त की जा सकती है।[6]

पाइरोइलेक्ट्रिकिटी को तापमान में परिवर्तन के अनुपात में शुद्ध ध्रुवीकरण (एक सदिश) में परिवर्तन के रूप में मापा जाता है। निरंतर प्रतिबल पर मापा गया कुल पाइरोइलेक्ट्रिक गुणांक निरंतर प्रतिबल (प्राथमिक पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव) और तापीय विस्तार (द्वितीयक पाइरोइलेक्ट्रिक प्रभाव) से दाबविद्युत योगदान पर पायरोइलेक्ट्रिक गुणांक का योग है। सामान्य परिस्थितियों में, यहां तक ​​कि ध्रुवीय पदार्थ भी शुद्ध द्विध्रुव आघूर्ण प्रदर्शित नहीं करती हैं। फलस्वरूप छड़ चुंबक के कोई विद्युत द्विध्रुवीय समकक्ष नहीं हैं क्योंकि आंतरिक द्विध्रुवीय क्षण मुक्त विद्युत आवेश द्वारा निष्प्रभावी हो जाता है जो आंतरिक चालन या परिवेशी वातावरण से सतह पर बनता है। ध्रुवीय क्रिस्टल मात्र अपनी प्रकृति को प्रकट करते हैं जब किसी प्रकार से विचलित होते हैं जो क्षणिक रूप से क्षतिपूर्ति सतह आवेश के साथ संतुलन को बिगाड़ देते हैं।

स्वतःप्रवर्तित ध्रुवीकरण तापमान पर निर्भर होता है, इसलिए एक ठीक क्षोभ जांच तापमान में परिवर्तन होता है जो सतहों से आवेश के प्रवाह को प्रेरित करता है। यह पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव है। सभी ध्रुवीय क्रिस्टल पायरोइलेक्ट्रिक होते हैं, इसलिए 10 ध्रुवीय क्रिस्टल वर्गों को कभी-कभी पायरोइलेक्ट्रिक वर्ग कहा जाता है। पाइरोइलेक्ट्रिक पदार्थ का उपयोग अवरक्त और मिलीमीटर तरंग दैर्ध्य विकिरण संसूचकों के रूप में किया जा सकता है।

एक इलेक्ट्रेट एक स्थायी चुंबक का विद्युत समतुल्य है।

गणितीय विवरण

पाइरोइलेक्ट्रिक गुणांक को तापमान के साथ स्वतःप्रवर्तित ध्रुवीकरण सदिश में परिवर्तन के रूप में वर्णित किया जा सकता है:[7]

जहां pi (Cm−2K−1) पायरोइलेक्ट्रिक गुणांक के लिए सदिश है।

इतिहास

पाइरोइलेक्ट्रिक प्रभाव का पहला रिकॉर्ड 1707 में जोहान Georg श्मिट (वैज्ञानिक)वैज्ञानिक) द्वारा बनाया गया था, जिन्होंने कहा था कि [गर्म] टूमलाइन गर्म या जलते हुए कोयले से राख को आकर्षित कर सकता है, जैसे चुंबक लोहा करता है, परन्तु उन्हें फिर से दोहराता है [ संपर्क के बाद]।[8] 1717 में लुई लेमरी ने देखा, जैसा कि श्मिट ने देखा था, कि गैर-संचालन पदार्थ के छोटे स्क्रैप पहले टूमलाइन की ओर आकर्षित हुए थे, परन्तु एक बार जब वे पत्थर से संपर्क करते थे, तो वे इससे पीछे हट जाते थे।[9] 1747 में कार्ल लिनिअस ने पहली बार इस घटना को विद्युत से संबंधित किया (उन्होंने टूमलाइन लैपिडेम इलेक्ट्रीकम, इलेक्ट्रिक स्टोन कहा),[10] यद्यपि यह 1756 तक फ्रांज उलरिच थियोडोर एपिनस द्वारा सिद्ध नहीं किया गया था।[11] 19वीं शताब्दी में पायरोइलेक्ट्रिसिटी में अनुसंधान अधिक परिष्कृत हो गया। 1824 में डेविड ब्रूस्टर ने प्रभाव को वह नाम दिया जो आज है।[12] 1878 में दोनों विलियम थॉमसन, प्रथम बैरन केल्विन[13] और 1897 में वोल्डेमर वोइगट[14] पायरोइलेक्ट्रिसिटी के पीछे की प्रक्रियाओं के लिए एक सिद्धांत विकसित करने में मदद की। पियरे क्यूरी और उनके भाई, जैक्स क्यूरी ने 1880 के दशक में पाइरोइलेक्ट्रिकिटी का अध्ययन किया, जिससे दाबविद्युत के पीछे कुछ तंत्रों की खोज हुई।[15] इसे गलती से ठेओफ्रस्तुस (सी। 314 ईसा पूर्व) को पाइरोइलेक्ट्रिकिटी का पहला रिकॉर्ड माना जाता है। टूमलाइन के पाइरोइलेक्ट्रिक गुणों की खोज के तुरंत बाद गलत धारणा पैदा हुई, जिसने उस समय के खनिजविदों को इसके साथ पौराणिक पत्थर लिंगुरिया को जोड़ा।[16] लिन्गुरियम को थियोफ्रेस्टस के काम में अंबर के समान होने के रूप में वर्णित किया गया है, बिना किसी पाइरोइलेक्ट्रिक गुणों को निर्दिष्ट किए।[17]


क्रिस्टल वर्ग

सभी क्रिस्टल संरचनाएं बत्तीस क्रिस्टल सिस्टम में से एक से संबंधित हैं # क्रिस्टल कक्षाएं उनके समीप घूर्णी समरूपता और दर्पण विमान की संख्या के आधार पर होती हैं जो क्रिस्टल संरचना को अपरिवर्तित छोड़ देती हैं (बिंदु समूह)। बत्तीस क्रिस्टल वर्गों में से इक्कीस गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक हैं (यूक्लिडियन अंतरिक्ष में आइसोमेट्री समूहों के एक निश्चित बिंदु नहीं हैं)। इन इक्कीस में से बीस प्रत्यक्ष दाबविद्युत प्रदर्शित करते हैं, शेष एक घन वर्ग 432 है। इन बीस दाबविद्युत वर्गों में से दस ध्रुवीय हैं, यानी, उनके समीप एक स्वतःप्रवर्तित ध्रुवीकरण होता है, उनके यूनिट सेल में एक द्विध्रुवीय होता है, और पाइरोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करता है। यदि इस द्विध्रुव को विद्युत क्षेत्र के अनुप्रयोग द्वारा उलटा किया जा सकता है, तो पदार्थ को फेरोइलेक्ट्रिक कहा जाता है। कोई भी ढांकता हुआ पदार्थ एक विद्युत क्षेत्र लागू होने पर एक ढांकता हुआ ध्रुवीकरण ( स्थिरवैद्युतिकी) विकसित करता है, परन्तु एक पदार्थ जिसमें एक क्षेत्र की अनुपस्थिति में भी ऐसा प्राकृतिक आवेश पृथक्करण होता है, एक ध्रुवीय पदार्थ कहलाता है। कोई पदार्थ ध्रुवीय है या नहीं, यह पूरी तरह से उसके क्रिस्टल संरचना द्वारा निर्धारित किया जाता है। 32 बिंदु समूहों में से मात्र 10 ध्रुवीय हैं। सभी ध्रुवीय क्रिस्टल पायरोइलेक्ट्रिक होते हैं, इसलिए दस ध्रुवीय क्रिस्टल वर्गों को कभी-कभी पाइरोइलेक्ट्रिक वर्ग कहा जाता है।

दाबविद्युत क्रिस्टल वर्ग: 1, 2, मी, 222, मिमी 2, 4, -4, 422, 4 मिमी, -42 मी, 3, 32, 3 मी, 6, -6, 622, 6 मिमी, -62 मी, 23, -43 मी

पाइरोइलेक्ट्रिक: 1, 2, मी, मिमी 2, 3, 3 मी, 4, 4 मिमी, 6, 6 मिमी

संबंधित प्रभाव

दो प्रभाव जो पाइरोइलेक्ट्रिकिटी से निकटता से संबंधित हैं, फेरोइलेक्ट्रिसिटी और दाबविद्युत हैं। सामान्यतः मैक्रोस्कोपिक स्तर पर पदार्थ लगभग विद्युत रूप से तटस्थ होती है। यद्यपि , धनात्मक और ऋणात्मक आवेश जो पदार्थ बनाते हैं, आवश्यक रूप से सममित तरीके से वितरित नहीं होते हैं। यदि मूल सेल के सभी तत्वों के लिए आवेश गुणा दूरी का योग शून्य के बराबर नहीं है तो सेल में एक विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण (एक सदिश मात्रा) होगा। प्रति इकाई आयतन द्विध्रुवीय क्षण को परावैद्युत ध्रुवीकरण के रूप में परिभाषित किया गया है। यदि यह द्विध्रुवीय क्षण लागू तापमान परिवर्तन, लागू विद्युत क्षेत्र, या लागू दबाव के प्रभाव से बदलता है, तो पदार्थ क्रमशः पायरोइलेक्ट्रिक, फेरोइलेक्ट्रिक या दाबविद्युत है।

फेरोइलेक्ट्रिक प्रभाव उन पदार्थों द्वारा प्रदर्शित किया जाता है जिनमें बाहरी रूप से लागू विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में एक विद्युत ध्रुवीकरण होता है जैसे कि विद्युत क्षेत्र को उलटने पर ध्रुवीकरण को उलटा किया जा सकता है। चूंकि सभी फेरोइलेक्ट्रिक पदार्थ एक स्वतःप्रवर्तित ध्रुवीकरण प्रदर्शित करती हैं, सभी फेरोइलेक्ट्रिक पदार्थ भी पायरोइलेक्ट्रिक हैं (परन्तु सभी पायरोइलेक्ट्रिक पदार्थ फेरोइलेक्ट्रिक नहीं हैं)।

पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव क्रिस्टल (जैसे क्वार्ट्ज या सिरेमिक) द्वारा प्रदर्शित किया जाता है, जिसके लिए दबाव लागू होने पर पदार्थ में एक विद्युत वोल्टता दिखाई देता है। पाइरोइलेक्ट्रिक प्रभाव के समान, घटना क्रिस्टल की असममित संरचना के कारण होती है जो आयनों को दूसरों की तुलना में एक अक्ष के साथ अधिक आसानी से स्थानांतरित करने की अनुमति देती है। जैसे ही दबाव डाला जाता है, क्रिस्टल का प्रत्येक पक्ष विपरीत आवेश लेता है, जिसके परिणामस्वरूप क्रिस्टल में वोल्टता गिर जाता है।

पाइरोइलेक्ट्रिकिटी को थर्मोइलेक्ट्रिसिटी के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए: पायरोइलेक्ट्रिकिटी के एक विशिष्ट प्रदर्शन में, पूरे क्रिस्टल को एक तापमान से दूसरे तापमान में बदल दिया जाता है, और परिणाम क्रिस्टल में एक अस्थायी वोल्टता होता है। थर्मोइलेक्ट्रिकिटी के एक विशिष्ट प्रदर्शन में, डिवाइस के एक हिस्से को एक तापमान पर और दूसरे हिस्से को एक अलग तापमान पर रखा जाता है, और जब तक तापमान में अंतर होता है, तब तक डिवाइस में एक स्थायी वोल्टता का परिणाम होता है। दोनों प्रभाव तापमान परिवर्तन को विद्युत क्षमता में परिवर्तित करते हैं, परन्तु पाइरोइलेक्ट्रिक प्रभाव समय के साथ तापमान परिवर्तन को विद्युत क्षमता में परिवर्तित करता है, जबकि थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव तापमान परिवर्तन को विद्युत क्षमता में परिवर्तित करता है।

पाइरोइलेक्ट्रिक पदार्थ

यद्यपि कृत्रिम पाइरोइलेक्ट्रिक पदार्थ को इंजीनियर किया गया है, प्रभाव को पहली बार टूमलाइन जैसे खनिजों में खोजा गया था। पाइरोइलेक्ट्रिक प्रभाव हड्डी और कण्डरा में भी मौजूद होता है।[18] सबसे महत्वपूर्ण उदाहरण गैलियम नाइट्राइड, एक अर्धचालक है।[19] इस पदार्थ में बड़े विद्युत क्षेत्र प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) में हानिकारक हैं, परन्तु विद्युत ट्रांजिस्टर के उत्पादन के लिए उपयोगी हैं।[citation needed]

गैलियम नाइट्राइड (गैलियमनाइट्रोजन), सीज़ियम नाइट्रेट (सीज़ियमनाइट्रोजनऑक्सीजन) का उपयोग करके, सामान्यतः एक पतली फिल्म के रूप में कृत्रिम पायरोइलेक्ट्रिक पदार्थ बनाने में प्रगति हुई है।3), पॉलीविनाइल फ्लोराइड्स, फेनिलपाइरीडीन के डेरिवेटिव, और कोबाल्ट थैलोसाइनिन लिथियम टैंटलेट (लिथियम टैंटलम ऑक्सीजन3) piezoelectric और पाइरोइलेक्ट्रिक दोनों गुणों को प्रदर्शित करने वाला एक क्रिस्टल है, जिसका उपयोग छोटे पैमाने पर परमाणु संलयन (पायरोइलेक्ट्रिक फ्यूजन) बनाने के लिए किया गया है।[20] हाल ही में, डोप्ड [[हेफ़नियम ऑक्साइड]] (हैफ़नियम ऑक्सीजन) में पायरोइलेक्ट्रिक और पीज़ोइलेक्ट्रिक गुणों की खोज की गई है।2), जो कि CMOS निर्माण में एक मानक पदार्थ है।[21]


अनुप्रयोग

हीट सेंसर

तापमान में बहुत कम परिवर्तन पायरोइलेक्ट्रिक क्षमता पैदा कर सकता है। निष्क्रिय इन्फ्रारेड सेंसर अक्सर पायरोइलेक्ट्रिक पदार्थ के समीप डिजाइन किए जाते हैं, क्योंकि कई फीट दूर से मानव या जानवर की गर्मी वोल्टता उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त होती है।[citation needed]

विद्युत उत्पादन

प्रयोग करने योग्य विद्युत शक्ति उत्पन्न करने के लिए एक पाइरोइलेक्ट्रिक को बार-बार गर्म और ठंडा किया जा सकता है (गर्मी इंजन के अनुरूप)। एक समूह ने गणना की कि एरिक्सन चक्र में एक पायरोइलेक्ट्रिक कार्नाट दक्षता के 50% तक पहुंच सकता है,[22][23] जबकि एक अलग अध्ययन में ऐसी पदार्थ मिली जो सैद्धांतिक रूप से कार्नाट दक्षता के 84-92% तक पहुंच सकती है[24] (ये दक्षता मान पाइरोइलेक्ट्रिक के लिए ही हैं, पतली फिल्म को गर्म करने और ठंडा करने, अन्य गर्मी-हस्तांतरण हानियों, और सिस्टम में कहीं और अन्य सभी नुकसानों की अनदेखी करते हुए)। विद्युत पैदा करने के लिए विद्युत जनरेटर के संभावित लाभों में शामिल हैं: संभावित रूप से कम ऑपरेटिंग तापमान, कम भारी उपकरण और कम चलने वाले हिस्से।[25] यद्यपि इस तरह के उपकरण के लिए कुछ पेटेंट दायर किए गए हैं,[26] ऐसे जेनरेटर व्यावसायीकरण के कहीं भी करीब नहीं लगते हैं।

परमाणु संलयन

Main article: Pyroelectric fusion

पाइरोइलेक्ट्रिक पदार्थ का उपयोग परमाणु संलयन प्रक्रिया में ड्यूटेरियम आयनों को चलाने के लिए आवश्यक बड़े विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए किया गया है। इसे पायरोइलेक्ट्रिक फ्यूजन के रूप में जाना जाता है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Ashcroft, N. W. & Mermin, N. D. Solid State Physics. (Cengage Learning, 1976).
  2. ↑ Charles Kittel-8th Edition. 2016. Introduction to Solid State Physics.
  3. ↑ 3.0 3.1 Webster, John G (1999). माप, इंस्ट्रूमेंटेशन और सेंसर हैंडबुक. pp. 32–113. ISBN 978-0-8493-8347-2.
  4. ↑ In this article, the term "voltage" is used in the everyday sense, i.e. what a voltmeter measures. This is actually the electrochemical potential, not the electrostatic potential (Galvani potential).
  5. ↑ Liu, Kaikai (2017). "हेटरोइंटरफेस ध्रुवीकरण इंजीनियरिंग के लिए वर्ट्ज़ाइट BAAlN और BGaN मिश्रधातु". Applied Physics Letters. 111 (22): 222106. Bibcode:2017ApPhL.111v2106L. doi:10.1063/1.5008451. hdl:10754/626289.
  6. ↑ Darbaniyan, F.; Sharma, P. (2018). "इलेक्ट्रेट का उपयोग करके सॉफ्ट पायरोइलेक्ट्रिक और इलेक्ट्रोकैलोरिक सामग्री डिजाइन करना". Soft Matter. 15 (2): 262–277. Bibcode:2019SMat...15..262D. doi:10.1039/C8SM02003E. PMID 30543261. S2CID 56145736.
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  8. ↑ Johann Georg Schmidt, Curiöse Speculationes bey Schalflosen Nächten [Curious Speculations During Sleepless Nights] (Chemnitz and Leipzig (Germany): Conrad Stössen, 1707), pages 269-270. An English translation of the relevant passage appears in: Sidney B. Lang, Sourcebook of Pyroelectricity, vol. 2 (New York, New York: Gordon and Breach, 1974), page 96.
  9. ↑ "Diverse observations de la physique generale," Histoire de l'Académie des Sciences (1717); see pages 7-8.
  10. ↑ Carl von Linné ("Linnaeus"), Flora Zeylanica: Sistens Plantas Indicas Zeylonae Insulae [The Flora of Ceylon: consisting of Indian plants of the island of Ceylon] (Stockholm ("Holmiae"), Sweden: Laurentii Salvii, 1747), page 8. A translation of the relevant passage appears in Lang (1974), page 103.
  11. ↑ Aepinus (1756) "Memoire concernant quelques nouvelles experiences électriques remarquables" [Memoir concerning some remarkable new electrical experiments], Histoire de l'Académie royale des sciences et des belles lettres (Berlin), vol. 12, pages 105-121.
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  13. ↑ William Thomson (1878) "On the thermoelastic, thermomagnetic and pyroelectric properties of matter," Philosophical Magazine, series 5, vol. 5, pages 4 - 26.
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  16. ↑ Earle R. Caley and John F.C. Richards, Theophrastus: On Stones (Columbus, Ohio: Ohio State University, 1956), page 110, line 12 of the commentary: "Watson identifies the lyngounon of Theophrastus with tourmaline, but evidently his opinion is partly based on the attractive properties of heated tourmaline which had recently been discovered. This identification is repeated by various later writers. For example, Dana states that lyncurium is supposed to be the ancient name for common tourmaline. However, the absence of tourmaline among surviving examples of ancient gems is clearly against this view."
  17. ↑ Earle R. Caley and John F.C. Richards, Theophrastus: On Stones (Columbus, Ohio: Ohio State University, 1956), page 51, paragraph 28 of the original text: "It [smaragdos] is remarkable in its powers, and so is the lyngourion [i.e., lynx-urine stone] … . It has the power of attraction, just as amber has, and some say that it not only attracts straws and bits of wood, but also copper and iron, if the pieces are thin, as Diokles used to explain."
  18. ↑ LANG, SIDNEY B. (November 1966). "हड्डी और कण्डरा में पाइरोइलेक्ट्रिक प्रभाव". Nature. 212 (5063): 704–705. doi:10.1038/212704a0. ISSN 0028-0836.
  19. ↑ Gallium Nitride (GaN): Physics, Devices, and Technology.” 2015. CRC Press. October 16
  20. ↑ Naranjo, B.; Gimzewski, J.K.; Putterman, S. (2005). "पाइरोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल द्वारा संचालित परमाणु संलयन का अवलोकन". Nature. 434 (7037): 1115–1117. Bibcode:2005Natur.434.1115N. doi:10.1038/nature03575. ISSN 0028-0836. PMID 15858570. S2CID 4407334.
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  22. ↑ Sebald, Gael; Pruvost, Sebastien; Guyomar, Daniel (2008). "एक रिलैक्सर फेरोइलेक्ट्रिक सिरेमिक में एरिक्सन पायरोइलेक्ट्रिक चक्रों पर आधारित ऊर्जा संचयन" (PDF). Smart Materials and Structures. 17 (1): 015012. Bibcode:2008SMaS...17a5012S. doi:10.1088/0964-1726/17/01/015012.
  23. ↑ Sebald, Gael; Guyomar, Daniel; Agbossou, Amen (2009). "थर्मोइलेक्ट्रिक और पाइरोइलेक्ट्रिक एनर्जी हार्वेस्टिंग पर". Smart Materials and Structures. 18 (12): 125006. Bibcode:2009SMaS...18l5006S. doi:10.1088/0964-1726/18/12/125006.
  24. ↑ Olsen, Randall B.; Evans, Diane (1983). "Pyroelectric energy conversion: Hysteresis loss and temperature sensitivity of a ferroelectric material". Journal of Applied Physics. 54 (10): 5941–5944. Bibcode:1983JAP....54.5941O. doi:10.1063/1.331769.
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  26. ↑ For example: US Patent 4647836, US Patent 6528898, US Patent 5644184


बाहरी संबंध

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