🔍
How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula - YouTube
Channel: TED-Ed
[0]
المترجم: Ahmed Mohd
المدقّق: Hani Eldalees
[8]
هذه بلورة من السكر.
[10]
إذا ضغطت عليها،
ستولد الكهرباء الخاصة بها.
[14]
كيف بإمكان هذه البلورة البسيطة
أن تكون مصدرًا للطاقة؟
[17]
لأن السكر كهروضغطي.
[20]
الأدوات الكهروضغطية
تتحول إلى جهد مكانيكي،
[23]
مثل الضغط،
[24]
والموجات،
[25]
والاهتزازت الأخرى
[26]
إلى كهرباء والعكس صحيح.
[28]
تم اكتشاف هذه الظاهرة الغريبة
[30]
بواسطة الفيزيائي بيير كوري
وشقيقه جاك سنة 1880.
[34]
اكتشفوا أنهم إذا ضغطوا
شرائح رقيقة من بلورات معينة،
[38]
ستظهر الشحنات الإيجابية
والسلبية على الوجوه المقابلة.
[43]
هذا الاختلاف في الشحنة أو الجهد،
[45]
يعني أن البلورة المضغوطة يمكنها
نقل التيار من خلال الدائرة الكهربائية
[48]
مثل البطارية.
[50]
كما أن العملية قابلة للعكس كذلك.
[52]
تشغيل الكهرباء من خلال هذه البلورات
جعلها تغير الشكل.
[56]
جميع هذه النتائج،
[57]
والتي تحول
الطاقة الميكانيكية إلى كهربائية
[60]
والطاقة الكهربائية إلى مكانيكية،
[63]
كانت رائعة.
[64]
لكن هذا الاكتشاف لم ينتشر
لعدة عقود.
[68]
التطبيق العملي الأول
كان في أدوات السونار
[71]
استُخدمت للكشف عن الغواصات الألمانية
خلال الحرب العالمية الأولى.
[74]
بلورات الكوارتز الكهروضغطية
في جهاز الإرسال السونار
[77]
اهتزت عندما تعرضت لتبديل الجهد.
[81]
مما أرسل موجاتٍ فوق الصوتية
من خلال المياه.
[83]
لقياس كم من الوقت استغرقت هذه الموجات
لترتد مرة أخرى
[87]
واكتشفت مدى بعدها.
[89]
للتحولات المعاكسة،
[91]
تحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهربائية،
[94]
لنأخذ مثلاً الضوء الذي يعمل عندما تصفق.
[96]
التصفيق بيديك
يرسل موجاتٍ صوتيةٍ من خلال الهواء
[99]
ويتسبب في التواء عنصر بيزو
ذهابًا وإيابًا.
[103]
هذا يصنع الجهد الذي باستطاعته
التأثير بما فيه الكفايه لإضاءة المصابيح.
[106]
بالرغم من أنها مصادر تقليدية للكهرباء
التي تبقيهم مضيئة.
[110]
إذًا، ما الذي يجعل المادة كهربية إجهادية؟
[113]
الإجابة تعتمد على عاملين:
[115]
التركيب الذري للمواد،
[117]
وكيف وزعت الشحنة الكهربائية داخله.
[120]
العديد من المواد بلورية،
[122]
يعني أنهن مصنوعات من ذرات أو أيونات
[124]
مرتبة في نمطٍ منظمٍ ثلاثي الأبعاد.
[127]
هذا النمط له كتلة بناء
تسمى وحدة الخلية
[130]
التي تعاد مرارًا وتكرارًا.
[132]
في معظم المواد البلورية
غير الكهروضغطية،
[135]
الذرات في وحدة الخلية
انتشرت بشكلٍ متناظرٍ
[138]
حول نقطة الوسط.
[140]
ولكن بعض المواد البلورية
لا تمتلك مركز التماثل
[143]
مما يجعلهم مرشحين للكهروضغطية.
[147]
دعونا نشاهد الكوارتز،
[148]
مادة كهروضغطية
مصنوعة من السيليكون والأكسجين.
[151]
الأكسجين فيه شحنة سلبية طفيفة
والسيليكون لديه شحنة إيجابية طفيفة،
[156]
مما يؤدي إلى فصل الشحنة،
[158]
أو ثنائي القطب من خلال كل رابط.
[161]
عادةً تلغي هذه الثنائيات القطبية
بعضها البعض،
[163]
لذلك ليس هناك انفصال نقي من الشحنة
في وحدة الخلية.
[166]
لكن إذا تم ضغط بلورة الكوارتز
نحو اتجاه معين،
[169]
تتحول الذرات.
[171]
بسبب أن نتائج عدم التماثل في توزيع الشحن،
[174]
لم تعد الثنائيات القطبية تلغي
بعضها البعض.
[176]
ينتهي امتداد الخلية مع شحنة سلبية
على جانبٍ واحدٍ
[180]
وشحنة إيجابية على الجانب الآخر.
[183]
هذه الشحنة غير المتوازنة تتكرر
في كافة الأرجاء من خلال المادة،
[186]
والشحنات المتعاكسة تظهر على
الجهات المتعاكسة للبلورة.
[189]
مما يُنتج الجهد الذي باستطاعته
إنتاج الكهرباء من خلال الدائرة الكهربائية.
[193]
تستطيع الأدوات الإجهادية
أن تمتلك هياكل مختلفة.
[196]
ولكن الشيء المشترك بينهم جميعًا
أن وحدة الخلية تفتقر إلى مركز التماثل.
[201]
كلما كان الضغط
أقوى على المواد الكهروضغطية،
[204]
كان إنتاج الجهد أكبر.
[206]
ولكن إن مددنا الكريستال بدلًا من ذلك
فإن الجهد سوف ينعكس،
[209]
مما يجعل التدفق الحالي في الاتجاه الآخر.
[212]
غالبية المواد كهروضغطية أكثر مما تتخيل.
[215]
الحمض النووي
[216]
والعظم
[217]
والحرير
[218]
جميعهم لديهم القدرة على تحويل الطاقة
الميكانيكية إلى كهربائية.
[222]
وقد اخترع العلماء مجموعة متنوعة
من المواد الاصطناعية الكهروضغطية
[225]
ووجدوا التطبيق لهم في كل شيء
من التصوير الطبي
[229]
وصولًا لحبر الطابعات.
[231]
الكهرباء الضغطية هي المسؤولة عن
التذبذبات الإيقاعية
[234]
لبلور الكوارتز الذي يجعل الساعات
تنتظم بالوقت،
[237]
وأغاني بطاقات أعياد الميلاد الموسيقية،
[239]
والشرارة التي تشعل الغاز
في بعض أماكن الشواء
[243]
عندما تضغط الزناد.
[245]
والأجهزة الكهروضغطية
ربما تصبح أكثر شيوعًا
[248]
لأن الطلب على الكهرباء في ازدياد
والطاقة الميكانيكية وفيرة.
[252]
هناك بالفعل محطات قطار
تستخدم خطوات الركاب
[255]
لتشغيل بوابات التذاكر والشاشات
[258]
ونوادي الرقص عندما تساعد الكهروضغطية
في تشغيل الأضواء
[262]
باستطاعة لاعبي كرة السلة الجري
إلى الأمام والخلف لتشغيل اللوحة؟
[265]
أو ربما أن تمشي في الشارع
ويشحن أجهزتك الإلكترونية؟
[268]
ماذا بعد للكهروضغطية؟
Most Recent Videos:
You can go back to the homepage right here: Homepage