پائرو الیکٹرسٹی — دریافت، جسمانی بنیاد اور ایپلی کیشنز

دریافتوں کی تاریخ

لیجنڈ یہ ہے کہ pyroelectricity کے پہلے ریکارڈ قدیم یونانی فلسفی اور ماہر نباتات تھیوفراسٹس نے 314 قبل مسیح میں بنائے تھے۔ ان ریکارڈوں کے مطابق، تھیوفراسٹس نے ایک بار دیکھا کہ معدنی ٹورملائن کے کرسٹل، جب گرم ہوتے ہیں، تو راکھ اور بھوسے کے ٹکڑوں کو اپنی طرف متوجہ کرنا شروع کر دیتے ہیں۔ بہت بعد میں، 1707 میں، pyroelectricity کے رجحان کو جرمن نقاش جوہان شمٹ نے دوبارہ دریافت کیا۔

ایک اور ورژن ہے، جس کے مطابق پائرو الیکٹرسٹی کی دریافت مشہور قدیم یونانی فلسفی اور سیاح تھیلس آف میلٹس سے منسوب ہے، جس نے اس نسخے کے مطابق چھٹی صدی قبل مسیح کے آغاز میں یہ دریافت کی۔ N. E. مشرقی ممالک کا سفر کرتے ہوئے، تھیلس نے معدنیات اور فلکیات پر نوٹ بنائے۔

تنکے اور نیچے کی طرف متوجہ کرنے کے لیے رگڑے ہوئے عنبر کی صلاحیت کی چھان بین کرکے، وہ سائنسی طور پر رگڑ کے ذریعے بجلی پیدا کرنے کے رجحان کی تشریح کرنے کے قابل ہوا۔ افلاطون بعد میں اس کہانی کو Timaeus کے مکالمے میں بیان کرے گا۔افلاطون کے بعد، 10ویں صدی میں، فارسی فلسفی البیرونی نے اپنے کام "معدنیات" میں گارنیٹ کرسٹل کی اسی طرح کی خصوصیات بیان کیں۔

کرسٹل اور اسی طرح کے دیگر برقی مظاہر کے پائرو الیکٹرک کے درمیان تعلق 1757 میں ثابت اور تیار ہوا، جب فرانز ایپینس اور جوہان ولکے نے بعض مادوں کی پولرائزیشن کا مطالعہ شروع کیا جب وہ ایک دوسرے کے خلاف رگڑتے تھے۔

127 سال کے بعد، جرمن ماہر طبیعیات اگست کنڈٹ ایک وشد تجربہ دکھائیں گے جس میں وہ ایک ٹورملائن کرسٹل کو گرم کریں گے اور اسے سرخ لیڈ اور گندھک کے پاؤڈر کے مرکب کے ساتھ چھلنی کے ذریعے ڈالیں گے۔ گندھک کو مثبت طور پر چارج کیا جائے گا اور سرخ لیڈ کو منفی طور پر چارج کیا جائے گا، جس کے نتیجے میں ٹورمالین کرسٹل کے ایک طرف سرخ-نارنجی سرخ لیڈ کا رنگ ہوگا اور دوسری طرف چمکدار پیلے سرمئی میں ڈھک جائے گا۔ اگست کنڈ نے پھر ٹورملائن کو ٹھنڈا کر دیا، کرسٹل کی "قطبیت" بدل گئی اور رنگ جگہ جگہ بدل گئے۔ حاضرین محظوظ ہوئے۔

اس واقعہ کا خلاصہ یہ ہے کہ جب ٹورملائن کرسٹل کا درجہ حرارت صرف 1 ڈگری تک تبدیل ہوتا ہے تو کرسٹل میں تقریباً 400 وولٹ فی سینٹی میٹر کا برقی میدان ظاہر ہوتا ہے۔ نوٹ کریں کہ ٹورملائن، تمام پائرو الیکٹرک کی طرح، دونوں ہیں۔ پیزو الیکٹرک (ویسے، تمام پیزو الیکٹرک پائرو الیکٹرک نہیں ہیں)۔

جسمانی بنیادیں۔

جسمانی طور پر، پائرو الیکٹرسٹی کے رجحان کو کرسٹل میں برقی میدان کے ان کے درجہ حرارت میں تبدیلی کی وجہ سے ظاہر ہونے کے طور پر بیان کیا جاتا ہے۔ درجہ حرارت میں تبدیلی براہ راست حرارتی، رگڑ یا تابکاری کی وجہ سے ہو سکتی ہے۔ ان کرسٹل میں بیرونی اثرات کی غیر موجودگی میں خود بخود (بے ساختہ) پولرائزیشن کے ساتھ ڈائی الیکٹرکس شامل ہیں۔

خود بخود پولرائزیشن کو عام طور پر محسوس نہیں کیا جاتا ہے کیونکہ یہ جو الیکٹرک فیلڈ بناتا ہے وہ مفت چارجز کے برقی فیلڈ کے ذریعہ آفسیٹ ہوتا ہے جو آس پاس کی ہوا اور کرسٹل کے زیادہ تر حصے کے ذریعہ کرسٹل پر لاگو ہوتا ہے۔ جب کرسٹل کا درجہ حرارت تبدیل ہوتا ہے، تو اس کے خود بخود پولرائزیشن کی شدت بھی بدل جاتی ہے، جو ایک برقی میدان کی ظاہری شکل کا باعث بنتی ہے، جس کا مشاہدہ مفت چارجز کے ساتھ معاوضہ ہونے سے پہلے ہوتا ہے۔

پائرو الیکٹرک کے بے ساختہ پولرائزیشن میں تبدیلی نہ صرف ان کے درجہ حرارت میں تبدیلی سے بلکہ مکینیکل اخترتی سے بھی شروع کی جا سکتی ہے۔ اسی لیے تمام پائرو الیکٹرک بھی پائیزو الیکٹرکس ہیں، لیکن تمام پائزو الیکٹرکس پائرو الیکٹرک نہیں ہیں۔ خود بخود پولرائزیشن، یعنی کرسٹل کے اندر منفی اور مثبت چارجز کی کشش ثقل کے مراکز کا مماثلت، کرسٹل کی کم فطری ہم آہنگی سے واضح ہوتا ہے۔

پائرو الیکٹرکٹی کی ایپلی کیشنز

آج، پائرو الیکٹرک کو مختلف مقاصد کے لیے سینسنگ ڈیوائسز کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، تابکاری ریسیورز اور ڈیٹیکٹر، تھرمامیٹر وغیرہ کے حصے کے طور پر۔ یہ تمام آلات پائرو الیکٹرک کی کلیدی خاصیت کا استحصال کرتے ہیں — نمونے پر عمل کرنے والی کسی بھی قسم کی تابکاری نمونے کے درجہ حرارت میں تبدیلی اور اس کے پولرائزیشن میں اسی طرح کی تبدیلی کا سبب بنتی ہے۔ اگر اس صورت میں نمونے کی سطح کنڈکٹو الیکٹروڈز سے ڈھکی ہوئی ہے اور یہ الیکٹروڈ تاروں کے ذریعے ماپنے والے سرکٹ سے جڑے ہوئے ہیں، تو اس سرکٹ سے برقی رو بہے گی۔

اور اگر پائرو الیکٹرک کنورٹر کے ان پٹ پر کسی بھی قسم کی تابکاری کا بہاؤ موجود ہو، جو پائرو الیکٹرک کے درجہ حرارت میں اتار چڑھاو کا باعث بنتا ہے (متواتر حاصل کی جاتی ہے، مثال کے طور پر، تابکاری کی شدت کی مصنوعی ترمیم کے ذریعے)، تو برقی رو آؤٹ پٹ پر حاصل کیا جاتا ہے، جو ایک خاص تعدد کے ساتھ بھی تبدیل ہوتا ہے۔

پائرو الیکٹرک ریڈی ایشن ڈٹیکٹر کے فوائد میں شامل ہیں: پتہ چلنے والی تابکاری کی لامحدود وسیع رینج، ہائی حساسیت، تیز رفتاری، تھرمل استحکام۔ اورکت والے خطے میں پائرو الیکٹرک ریسیورز کا استعمال خاص طور پر امید افزا ہے۔

وہ دراصل کم طاقت والے تھرمل توانائی کے بہاؤ کا پتہ لگانے، مختصر لیزر دالوں کی طاقت اور شکل کی پیمائش، اور انتہائی حساس غیر رابطہ اور رابطہ درجہ حرارت کی پیمائش (مائیکرو ڈگری کی درستگی کے ساتھ) کے مسئلے کو حل کرتے ہیں۔

آج، تھرمل انرجی کو براہ راست برقی توانائی میں تبدیل کرنے کے لیے پائرو الیکٹرکس کے استعمال کے امکان پر سنجیدگی سے بحث کی جاتی ہے: ریڈینٹ انرجی کا متبادل بہاؤ پائرو الیکٹرک عنصر کے بیرونی سرکٹ میں ایک متبادل کرنٹ پیدا کرتا ہے۔ اور اگرچہ اس طرح کے آلے کی کارکردگی موجودہ توانائی کی تبدیلی کے طریقوں سے کم ہے، پھر بھی کچھ خاص ایپلی کیشنز کے لیے یہ تبدیلی کا طریقہ کافی قابل قبول ہے۔

انفراریڈ امیجنگ سسٹم (نائٹ ویژن، وغیرہ) میں تابکاری کی مقامی تقسیم کا تصور کرنے کے لیے پائرو الیکٹرک اثر کے استعمال کا پہلے سے استعمال ہونے والا امکان خاص طور پر امید افزا ہے۔ پائرو الیکٹرک وڈیکونز بنائے گئے - ایک پائرو الیکٹرک ہدف کے ساتھ حرارت پہنچانے والی ٹیلی ویژن ٹیوبیں۔

ایک گرم چیز کی تصویر کو ہدف پر پیش کیا جاتا ہے، اس پر چارج کی اسی ریلیف کی تعمیر ہوتی ہے، جسے سکیننگ الیکٹران بیم کے ذریعے پڑھا جاتا ہے۔ الیکٹران بیم کرنٹ سے پیدا ہونے والا الیکٹریکل وولٹیج اس بیم کی چمک کو کنٹرول کرتا ہے جو اسکرین پر کسی چیز کی تصویر کو پینٹ کرتا ہے۔