شبیه سازی تریبوالکتریک (Triboelectric) با کامسول 1

شبیه سازی تریبوالکتریک (Triboelectric) با کامسول

 

شبیه سازی تریبوالکتریک (Triboelectric) با کامسول، دستگاه‌هایی که انرژی را از منابع مکانیکی محیط مانند حرکت بدن انسان و امواج اقیانوس می‌گیرند، در حال تحقیق و توسعه سریع هستند. در طراحی چنین وسایلی از هر دو اثر تریبوالکتریک و پیزوالکتریک استفاده شده است. در این کار، ما از ماژول MEMS در کامسول برای مدل‌سازی یک ژنراتور هیبریدی پیزو-تریبو استفاده می‌کنیم. ما دو معماری دستگاه را مقایسه می‌کنیم: ساختار لایه‌ای در مقابل اجزای تعبیه‌شده. ما متوجه شدیم که ساختار لایه ای به دلیل تنش های افزایش یافته در مواد پیزو عملکرد بهتری دارد.

آموزش comsol فرایند تریبوالکتریک

 

ما همچنین تأثیر خواص مکانیکی مواد الکترود را بر عملکرد دستگاه بررسی می‌کنیم. ما متوجه شدیم که فلزات در ایجاد تنش به لایه پیزو موثرتر از پلیمرها هستند و در نتیجه ولتاژ خروجی بالاتری را به همراه دارند. این مطالعه تأثیر متقابل بین خواص الکتریکی و مکانیکی را در تعیین خروجی یک ژنراتور هیبریدی پیزو-تریبو نشان می‌دهد. این را می توان با دانش محدودیت های تجربی ترکیب کرد تا به معماری دستگاه های قابل دوام دست یابد. اثر تریبوالکتریک (همچنین به عنوان شارژ تریبوالکتریک نیز شناخته می شود) نوعی برق رسانی تماسی است که در آن مواد خاصی پس از جدا شدن از ماده دیگری که با آن در تماس بودند، بار الکتریکی می شوند. مالش این دو ماده با یکدیگر باعث افزایش تماس بین سطوح آنها و در نتیجه اثر تریبوالکتریک می شود. به عنوان مثال، مالش شیشه با خز، یا شانه پلاستیکی روی مو، می تواند باعث ایجاد تریبوالکتریک شود. بیشتر الکتریسیته ساکن روزمره، تریبوالکتریک است. قطبیت و قدرت بارهای تولید شده با توجه به مواد، زبری سطح، دما، کرنش و سایر خواص متفاوت است. به عنوان مثال، کهربا می تواند با تماس و جداسازی (یا اصطکاک) با ماده ای مانند پشم، بار الکتریکی به دست آورد. این ویژگی اولین بار توسط تالس از میلتوس ثبت شد. کلمه “الکتریسیته” از ضرب سکه اولیه ویلیام گیلبرت، “الکترا” گرفته شده است، که از کلمه یونانی کهربا، سرچشمه می گیرد.

شبیه سازی تریبوالکتریک (Triboelectric) با کامسول 3

پیشوند tribo- (به یونانی برای “مالش”) به “اصطکاک” اشاره دارد، همانطور که در تریبولوژی وجود دارد. نمونه‌های دیگری از موادی که در صورت مالش به هم می‌توانند بار قابل‌توجهی به دست آورند عبارتند از: شیشه مالش‌شده با ابریشم، و لاستیک سخت مالیده شده با خز. یک مثال بسیار آشنا می‌تواند مالش یک خودکار پلاستیکی روی آستین از تقریباً هر ماده معمولی مانند پنبه، پشم باشد. ، پلی استر یا پارچه ترکیبی که در لباس های مدرن استفاده می شود. چنین خودکار برقی به راحتی تکه‌های کاغذ کمتر از یک سانتی‌متر مربع را با نزدیک شدن به قلم جذب می‌کند و می‌گیرد. همچنین چنین قلمی قلم برق گرفته مشابه را دفع می کند. این دافعه به راحتی در تنظیمات حساس آویزان کردن هر دو قلم بر روی نخ ها و قرار دادن آنها در نزدیکی یکدیگر قابل تشخیص است. برای دانستن بیشتر میتوانید به صفحه آموزش کامسول مراجعه کنید.

شبیه سازی تریبوالکتریک (Triboelectric) با کامسول در محیط 2D

 

شبیه سازی تریبوالکتریک (Triboelectric) با کامسول 2

 

چنین آزمایش‌هایی به آسانی به نظریه دو نوع بار الکتریکی قابل اندازه‌گیری منتهی می‌شود، که یکی به طور مؤثر دیگری منفی است، با یک جمع ساده با علامت‌هایی که بار کل را نشان می‌دهند. جاذبه الکترواستاتیکی قلم پلاستیکی باردار به تکه‌های کاغذ بدون بار خنثی (به عنوان مثال) به دلیل جداسازی موقت بار (پلاریزاسیون الکتریکی یا گشتاور دوقطبی) بارهای الکتریکی درون کاغذ (یا شاید هم‌ترازی دوقطبی‌های الکتریکی مولکولی یا اتمی دائمی) است. سپس با جذب بارهای کمی نزدیکتر دوقطبی در میدان غیریکنواخت از قلم که با فاصله کاهش می یابد، یک نیروی خالص ایجاد می شود. در یک میدان الکتریکی یکنواخت، به عنوان مثال در داخل صفحات خازن موازی، پلاریزاسیون موقت در تکه های کاغذ کوچک اما با جاذبه خالص صفر رخ می دهد. اثر تریبوالکتریک اکنون به پدیده چسبندگی مربوط می شود، جایی که دو ماده از متفاوت تشکیل شده اند. به دلیل جاذبه بین مولکول های مختلف، مولکول ها تمایل دارند به هم بچسبند. در حالی که چسبندگی یک پیوند شیمیایی بین اتم‌ها نیست، تبادل الکترون‌ها بین انواع مختلف مولکول‌ها وجود دارد و در نتیجه یک جاذبه الکترواستاتیکی بین مولکول‌ها ایجاد می‌شود که آنها را در کنار هم نگه می‌دارد. جداسازی فیزیکی موادی که به هم چسبیده اند منجر به اصطکاک بین مواد می شود. از آنجایی که انتقال الکترون بین مولکول‌ها در مواد مختلف بلافاصله برگشت‌پذیر نیست، الکترون‌های اضافی در یک نوع مولکول باقی می‌مانند. همچنین میتوانید مقاله شبیه سازی ذوب یخ با کامسول را مطالعه کنید.

 

شبیه سازی تریبوالکتریک (Triboelectric) با کامسول 4

 

 

در حالی که کمبود الکترون در نوع دیگر رخ می‌دهد. بنابراین، یک ماده می تواند بار مثبت یا منفی ایجاد کند (همچنین به الکتریسیته ساکن مراجعه کنید) که پس از جدا شدن مواد از بین می رود. مکانیسم های تریبوالکتریفیکاسیون (یا برق رسانی تماسی) برای سال ها مورد بحث بوده است، با مکانیسم های ممکن از جمله انتقال الکترون، انتقال یون. یا انتقال گونه مواد. مطالعات اخیر در سال 2018 با استفاده از میکروسکوپ پروب کلوین و نانو ژنراتورهای تریبوالکتریک نشان داد که انتقال الکترون مکانیسم غالب برای تریبوالکتریفیکاسیون بین جامد و جامد است. از مدل تابع کار می توان برای توضیح الکترون t استفاده کرد

دسته‌بندی نشده

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *