چگونه از کریستالها الکتریسیته استخراج کنیم؟
-
0:08 - 0:11این کریستال شکر است.
-
0:11 - 0:14اگر شما بر آن فشار وارد کنید،
نیروی الکتریسیته تولید خواهد کرد. -
0:14 - 0:18چگونه این کریستال ساده همانند
یک منبع نیرو عمل میکند؟ -
0:18 - 0:20بخاطر اینکه شکر دارای
خاصیت پیزوالکتریک است. -
0:20 - 0:23اشیاء پیزوالکتریک، تنش مکانیکی
-
0:23 - 0:24همچون فشار،
-
0:24 - 0:25امواج صدا
-
0:25 - 0:26و لرزشهای دیگر را
-
0:26 - 0:29به نیروی الکتریکی وبالعکس تبدیل میکند.
-
0:29 - 0:31این پدیده منحصربهفرد اولین بار توسط
-
0:31 - 0:35فیزیکدانان پیر کوری و برادرش ژاک
در سال ۱۸۸۰ کشف شد. -
0:35 - 0:38آنها کشف کردند اگر بر صفحات
کریستالهای خاصی فشار وارد کنیم، -
0:38 - 0:43بارهای مثبت و منفی در
دو طرف آن ایجاد میشود. -
0:43 - 0:45این اختلاف بار یا همان اختلاف ولتاژ،
-
0:45 - 0:49به این معنی است که کریستال تحت فشار
میتواند جریان الکتریکی را در مدار -
0:49 - 0:50همچون باتری تولید کند.
-
0:50 - 0:53و این عمل معکوس پذیر نیز هست، یعنی:
-
0:53 - 0:57اعمال اختلاف پتانیل در دو سر این
کریستالها باعث تغییر شکل آنها میشود. -
0:57 - 0:58هر دو این نتایج،
-
0:58 - 1:01تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی
-
1:01 - 1:03و انرژی الکتریکی به مکانیکی،
-
1:03 - 1:05ارزشمند بودند.
-
1:05 - 1:08اما این کشف برای دههها مورد
توجه قرار نگرفت. -
1:08 - 1:11اولین استفاده عملی آن
در تجهیزات سونار بود -
1:11 - 1:15که برای تشخیص زیردریاییهای آلمانی
در طول جنگ جهانی اول استفاده شد. -
1:15 - 1:17کریستالهای کوارتزی پیزوالکتریک
در فرستندههای سونار -
1:17 - 1:21در هنگام اعمال ولتاژ متناوب میلرزیدند.
-
1:21 - 1:24این لرزش باعث تولید و فرستادن امواج
فراصوتی در طول آب میشد. -
1:24 - 1:27با اندازهگیری مدت زمان
برخورد امواج به شیء و برگشت آن -
1:27 - 1:30فاصله آن را مشخص میکرد.
-
1:30 - 1:32برای کارکرد معکوس آن نیز
-
1:32 - 1:34یعنی تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی،
-
1:34 - 1:37سنسورهای صوتی را در نظر بگیرید
که با دست زدن چراغ را خاموش میکنند. -
1:37 - 1:40دستزدن شما اواج صوتی
را در طول هوا میفرستد -
1:40 - 1:43و باعث فشرده و بازشدن شدن
جسم پیزوالکتریک میشوند. -
1:43 - 1:47این باعث تولید ولتاژی با جریان کافی
که بتواند رله لامپ را فعال کند میشود -
1:47 - 1:50تا جریان برق شهری بتواند
آن را روشن نگه دارد. -
1:50 - 1:54چه چیزی باعث بهوجود آمدن
خاصیت پیزوالکتریکی اجسام میشود. -
1:54 - 1:56پاسخ این سوال به دو چیز بستگی دارد:
-
1:56 - 1:58ساختار اتمی مواد
-
1:58 - 2:01و چگونگی توزیع بار در آن ساختار.
-
2:01 - 2:02اکثر مواد بلورین هستند،
-
2:02 - 2:05بدین معنی که آنها از اتمها و یونهایی
-
2:05 - 2:08که در الگوهای سهبعدی منظمی
قرارگرفتهاند، تشکیل شدهاند. -
2:08 - 2:10آن الگو، واحد سازندهای به نام
ساختار واحد دارد -
2:10 - 2:13که بارها و بارها تکرار میشود.
-
2:13 - 2:16در اغلب مواد کریستاله غیر پیزوالکتریک،
-
2:16 - 2:19اتمها در ساختار واحدشان به طور متقارنی
-
2:19 - 2:20در حول یک نقطه مرکزی توزیع شدهاند.
-
2:20 - 2:24اما برخی مواد کریستاله نقطه
مرکزی تقارن ندارند -
2:24 - 2:27که آنها را برای پیزوالکتریک شدن
مناسب میگرداند. -
2:27 - 2:29بیایید نگاهی به کوارتز بیاندازیم،
-
2:29 - 2:32ماده پیزوالکتریکی که از سیلیسیم
و اکسیژن تشکیل شدهاست. -
2:32 - 2:36اتمهای اکسیژن بار جزئی منفی
و اتم سیلیسیم بار جزئی مثبتی دارد، -
2:36 - 2:39که این بارهای جزئی باعث جدایش بار
-
2:39 - 2:41یا تشکیل یک دو قطبی
در طول هر پیوند آن میشود. -
2:41 - 2:44در حالت عادی این دوقطبیها
همدیگر را خنثی میکنند -
2:44 - 2:47و هیچ شبکهای از این جدایش باری
در ساختار واحد کوارتز وجود ندارد. -
2:47 - 2:50اما اگر کوارتز از جهتی خاص فشرده شود،
-
2:50 - 2:51اتمها تغییر مکان میدهند
-
2:51 - 2:54و این فشار باعث ایجاد
عدم تقارن در توزیع بارها می شود -
2:54 - 2:57که باعث میشود پیوندهای دوقطبی
دیگر یکدیگر را خنثی نکنند. -
2:57 - 3:00ساختار تحت فشار در یک طرفش قطب منفی
-
3:00 - 3:03و در طرف دیگرش قطب مثبت تشکیل میشود.
-
3:03 - 3:06این عدم هماهنگی بار در طول
کوارتز تکرار میشود -
3:06 - 3:10و بارهای مخالف در سطوح
مخالف کریستال جمع میشوند. -
3:10 - 3:14و این باعث ولتاژی میشود
که میتواند در مدار جریان یابد. -
3:14 - 3:17مواد پیزوالکتریک میتوانند
ساختاری متفاوت داشته باشند. -
3:17 - 3:22اما چیزی که به یکسان دارند،
نداشتن مرکز تقارن است. -
3:22 - 3:24با فشار هرچه بیشتر
بر روی مواد پیزوالکتریک، -
3:24 - 3:27آنها ولتاژ بیشتری نیز تولید خواهند کرد
-
3:27 - 3:30با کشیدن کریستال نیز،
ولتاژ منفی و جهت جریان در مدار -
3:30 - 3:32معکوس خواهد شد.
-
3:32 - 3:36مواد بسیاری بیش از آنچه به ذهنتان میرسد
خواص پیزوالکتریک دارند. -
3:36 - 3:37DNA،
-
3:37 - 3:37استخوان،
-
3:37 - 3:38و ابریشم
-
3:38 - 3:42تماماً دارای امکان تبدیل انرژی
مکانیکی به الکتریکی هستند. -
3:42 - 3:46محققان اشکال گوناگونی
از مواد پیزوالکتریک مصنوعی ساختهاند -
3:46 - 3:49و برای آنها کاربردهایی از همه چیز شامل
-
3:49 - 3:52عکسبرداری پزشکی
تا پرینترهای جوهری پیداکردهاند. -
3:52 - 3:55خاصیت پیزوالکتریک در تولید پالسهای منظم
-
3:55 - 3:58در قطعه کوارتز مدار ساعتها برای حفظ زمان،
-
3:58 - 4:00خواننده کارتهای تبریک تولد
-
4:00 - 4:03و جرقهای که گاز را در برخی
فندکهای منقلی و سیار -
4:03 - 4:05با فشار دادن زبانه آتش میزند،
َنقشی اساسی دارد. -
4:05 - 4:08دستگاههای پیزوالکتریکی
شاید بسیار شایع شوند -
4:08 - 4:13چراکه انرژی الکتریسیته بسیار مورد نیاز است
و انرژی مکانیکی فراوانی نیز رها شده داریم. -
4:13 - 4:16هماکنون ایستگاههای قطاری داریم
که از فشار پای مسافران -
4:16 - 4:18برای فعال کردن ورودیها
و نمایشگرها استفاده میکنند. -
4:18 - 4:22و باشگاههای رقصی که پیزوالکتریک
برای روشن کردن نورها کمک میکند. -
4:22 - 4:25آیا عقب و جلو رفتن بازیکنان بسکتبال
میتواند برای صفحه نتایج انرژی تولید کند؟ -
4:25 - 4:29یا شاید پیادهروی در کوچهها بتواند باعث
شارژ دستگاههای الکترونیکیتان شود؟ -
4:29 - 4:31آینده پیزوالکتریک چه خواهد بود؟
- Title:
- چگونه از کریستالها الکتریسیته استخراج کنیم؟
- Description:
-
more » « less
شاید شبیه افسانه‌های علمی باشد که با فشار دادن کریستال شکر عملاً بتوان الکتریسیته تولید کرد. این کریستال ساده شکر به این دلیل میتواند همانند منبع انرژی الکتریکی کوچکی عمل کند که خاصیت پیزوالکتریک دارد.
آشوینی باراسولا در این درس توضیح می‌دهد که چگونه مواد پیزوالکتریک تنش‌هایی همچون فشار، امواج صدا و سایر ارتعاشات را به الکتریسیته و بالعکس تبدیل میکنند.درس از آشوینی باراسولا، انیمیشن از کاروت انیمیشن
مشاهده درس کامل:
https://ed.ted.com/lessons/how-to-squeeze-electricity-out-of-crystals-ashwini-bharathula - Video Language:
- English
- Team:
closed TED
- Project:
- TED-Ed
- Duration:
- 04:56
|
sadegh zabihi approved Persian subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula | |
|
|
sadegh zabihi edited Persian subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula | |
|
|
sadegh zabihi accepted Persian subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula | |
|
|
sadegh zabihi edited Persian subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula | |
|
|
sadegh zabihi edited Persian subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula | |
|
Nima Pourreza edited Persian subtitles for How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula |