How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula

Çeviri: Onur Kurtuluş Gözden geçirme: Figen Ergürbüz

This is a crystal of sugar.

Bu, bir şeker kristali.

If you press on it, it will actually generate its own electricity.

Üstüne basarsanız kendi elektriğini üretecektir.

How can this simple crystal act like a tiny power source?

Bu basit kristal nasıl oluyor da küçük bir güç kaynağı gibi çalışıyor?

Because sugar is piezoelectric.

Çünkü şeker, piezoelektrik.

Piezoelectric materials turn mechanical stress,

Piezoelektrik materyaller, mekanik stresi

like pressure,

basınç,

sound waves,

ses dalgaları

and other vibrations

ve diğer titreşimleri

into electricity and vice versa.

elektriğe dönüştürür ve tam tersini de yaparlar.

This odd phenomenon was first discovered

Bu garip olay ilk olarak

by the physicist Pierre Curie and his brother Jacques in 1880.

fizikçi Pierre Curie ve kardeşi Jacques tarafından 1880'de keşfedilmiştir.

They discovered that if they compressed thin slices of certain crystals,

Bazı kristallerin ince dilimlerini sıkıştırdıklarında

positive and negative charges would appear on opposite faces.

ters yüzlerinde pozitif ve negatif yüklerin ortaya çıktığını keşfettiler.

This difference in charge, or voltage,

Yükteki ya da gerilimdeki fark

meant that the compressed crystal could drive current through a circuit,

sıkıştırılmış kristallerin, bir pil gibi devreleri sürebileceği anlamına geliyordu.

like a battery.

And it worked the other way around, too.

Tam tersi şekilde de çalıştı.

Running electricity through these crystals made them change shape.

Bu kristallerden elektrik geçirmek şekillerinin değişmesine sebep oldu.

Both of these results,

İki sonuç da

turning mechanical energy into electrical,

mekanik enerjiyi elektriğe dönüştürürken

and electrical energy into mechanical,

ve elektrik enerjisini mekaniğe dönüştürürken

were remarkable.

çok iyiydi.

But the discovery went uncelebrated for several decades.

Ama bu keşif, birkaç on yıl ortaya çıkarılmadı.

The first practical application was in sonar instruments

İlk pratik uygulaması, 1. Dünya Savaşı sırasında

used to detect German submarines during World War I.

Alman denizaltılarını fark etmek için sonar aletlerde yapıldı.

Piezoelectric quartz crystals in the sonar's transmitter

Sonar vericisine yerleştirilmiş piezoelektrik kuvars kristalleri

vibrated when they were subjected to alternating voltage.

alternatif akım uygulandığında titriyorlardı.

That sent ultrasound waves through the water.

Bu şekilde ultrasonik dalgalar suda gönderiliyordu.

Measuring how long it took these waves to bounce back from an object

Dalgaların bir objeye çarpıp geri dönme süresi ölçülerek

revealed how far away it was.

ne kadar uzakta olduğu ortaya çıkarılıyordu.

For the opposite transformation,

İşlemin tersi için

converting mechanical energy to electrical,

yani mekanik enerjiyi elektriğe çevirmek için

consider the lights that turn on when you clap.

elinizi çırptığınızda ışıkların açılmasını düşünebilirsiniz.

Clapping your hands send sound vibrations through the air

Elinizi çırptığınızda ses dalgaları havada ilerler

and causes the piezo element to bend back and forth.

ve piezo elementin ileri geri bükülmesine neden olur.

This creates a voltage that can drive enough current to light up the LEDs,

Bu eylem, LED ışıkları sürebilecek kadar voltaj üretir

though it's conventional sources of electricity that keep them on.

aynı zamanda geleneksel kaynakları kullanarak onları açık tutabiliriz.

So what makes a material piezoelectric?

Peki bir materyali piezoelektrik yapan nedir?

The answer depends on two factors:

Bu sorunun cevabı iki faktöre dayanmaktadır:

the materials atomic structure,

Materyalin atomik yapısı

and how electric charge is distributed within it.

ve içindeki elektrik yükünün nasıl dağıtıldığı.

Many materials are crystalline,

Çoğu materyal kristalimsidir.

meaning they're made of atoms or ions

Yani üç boyutlu bir modelde

arranged in an orderly three-dimensional pattern.

düzgünce sıralanmış atomlar ya da iyonlardan yapılmışlardır.

That pattern has a building block called a unit cell

Bu modelde, birim hücre denilen ve sürekli kendini tekrar eden

that repeats over and over.

bir yapı taşı vardır.

In most non-piezoelectric crystalline materials,

Piezoelektrik olmayan çoğu kristalimsi materyalin

the atoms in their unit cells are distributed symmetrically

birim hücrelerindeki atomları, merkezi bir noktanın etrafında

around a central point.

simetrik olarak dağılmıştır.

But some crystalline materials don't possess a center of symmetry

Ama bazı kristalimsi materyaller simetri merkezine sahip değildir.

making them candidates for piezoelectricity.

Bu da onları, piezoelektriklik adayı yapar.

Let's look at quartz,

Kuvarsa bir göz atalım.

a piezoelectric material made of silicon and oxygen.

Silikon ve oksijenden yapılmış bir piezoelektrik materyal.

The oxygens have a slight negative charge and silicons have a slight positive,

Oksijenler hafif negatif yüklü iken silikonlar hafif pozitif yüklüdürler.

creating a separation of charge,

Her bağ arasında bir yük ayrımı

or a dipole along each bond.

ya da çift kutup oluştururlar.

Normalde bu çift kutuplar birbirlerini iptal ederler.

Normally, these dipoles cancel each other out,

so there's no net separation of charge in the unit cell.

Yani birim hücrede net yük ayrılması yoktur.

But if a quartz crystal is squeezed along a certain direction,

Ama kuvars belirli bir yönde sıkıştırılırsa, atomlar kayar.

the atoms shift.

Because of the resulting asymmetry in charge distribution,

Yük dağılımında asimetri olduğu zaman

the dipoles no longer cancel each other out.

çift kutuplar birbirlerini iptal etmeyi bırakırlar.

The stretched cell ends up with a net negative charge on one side

Gerilmiş hücre, bir yüzü net negatif

and a net positive on the other.

diğer yüzü net pozitif olacak hâle gelir.

This charge imbalance is repeated all the way through the material,

Bu yüz dengesizliği, materyal boyunca tekrarlanır

and opposite charges collect on opposite faces of the crystal.

ve zıt yükler, kristalin zıt yüzlerinde toplanır.

This results in a voltage that can drive electricity through a circuit.

Bunun sonucunda ortaya çıkan gerilim bir devreyi elektriksel olarak sürebilir.

Piezoelectric materials can have different structures.

Piezoelektrik materyallerin farklı yapıları olabilir.

But what they all have in common is unit cells which lack a center of symmetry.

Ama ortak olan yönleri, birim hücrelerinin simetri merkezine sahip olmamasıdır.

And the stronger the compression on piezoelectric materials,

Piezoelektrik materyaller ne kadar fazla sıkıştırılırsa

the larger the voltage generated.

o kadar fazla gerilim üretirler.

Stretch the crystal, instead, and the voltage will switch,

Kristalleri gerdiğiniz zaman tam tersi olacak ve gerilim yer değiştirerek

making current flow the other way.

akımın diğer türlü akmasına sebep olacaktır.

More materials are piezoelectric than you might think.

Düşündüğünüzden çok daha fazla materyal piezoelektriktir.

DNA,

DNA,

bone,

kemik

and silk

ve ipek.

all have this ability to turn mechanical energy into electrical.

Hepsinin de mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirme yeteneği var.

Scientists have created a variety of synthetic piezoelectric materials

Bilim insanları birçok tür sentetik piezoelektrik materyal yarattı

and found applications for them in everything from medical imaging

ve onları tıbbi görüntülemelerden mürekkep püskürtmeli yazıcılara kadar

to ink jet printers.

her alanda kullandılar.

Piezoelectricity is responsible for the rhythmic oscillations

Piezoelektrik, kuvars kristallerinin

of the quartz crystals that keep watches running on time,

ritmik titreşimleri ile saatinizin doğru zamanı göstermesinden,

the speakers of musical birthday cards,

sesli kartpostalların hoparlörlerinden

and the spark that ignites the gas in some barbecue grill lighters

ve tuşuna bastığınız zaman gazı ateşleyen çakmakların

when you flick the switch.

çalışmasından sorumludur.

And piezoelectric devices may become even more common

Mekanik enerji bol olduğu için ve elektriğe ihtiyaç yüksek olduğu için

since electricity is in high demand and mechanical energy is abundant.

piezoelektrik cihazlar, gittikçe daha fazla yaygınlaşmaya başladı.

There are already train stations that use passengers' footsteps

Turnikeleri ve ekranları yolcuların adımlarıyla enerjilendiren

to power the ticket gates and displays

tren istasyonları

and a dance club where piezoelectricity helps power the lights.

ve ışıklarını piezoelektrik yardımıyla enerjilendiren bir disko mevcut.

Basketbol oyuncuları ileri geri koşarken skor tabelasına elektrik sağlayabilir mi?

Could basketball players running back and forth power the scoreboard?

Or might walking down the street charge your electronic devices?

Ya da sokakta yürürken, elektronik aletlerinizi şarj edebilir misiniz?

What's next for piezoelectricity?

Piezoelektriğin bir sonraki adımı ne olacak?