La piezoelectricidad es un fenómeno que ocurre en determinados cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, en su masa adquiere una polarización eléctrica y aparece una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Este fenómeno también ocurre a la inversa: se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma.
Para que
en la materia ocurra la propiedad de la piezoelectricidad debe cristalizar en sistemas que carezcan de centro de simetría (que posean disimetría) y, por lo
tanto, de eje polar. De las 32 clases cristalinas, en 21 no existe el
centro mencionado. En 31 de estas clases ocurre la propiedad piezoeléctrica, en
mayor o menor medida. Los gases, los líquidos y
los sólidos con simetría no poseen piezoelectricidad. Si se
ejerce presión en los extremos del eje polar se produce polarización: flujo
de electrones se dirige hacia un extremo y genera en él una carga
negativa, mientras que en el extremo opuesto se induce una carga positiva. Cuando se
utilizan láminas de cristal estrechas y de gran superficie, el
alto voltaje obtenido –necesario para que salte la chispa– es mayor.
Las láminas estrechas se cortan de manera que el eje polar
cruce perpendicularmente dichas caras.
Materiales del piezoeléctrico
Los
materiales piezoeléctricos son cristales naturales o
sintéticos que
carecen de centro de simetría. Una
compresión o un cizallamiento provocan disociación de los
centros de gravedad de las cargas eléctricas, tanto positivas
como negativas. Como
consecuencia, en la masa aparecen
dipolos elementales y, por
influencia, en las superficies
enfrentadas surgen cargas de signo opuesto.
GRUPOS DE
MATERIALES PIEZOELÉCTRICO
•Los de naturaleza piezoeléctrica primigenia: cuarzo, turmalina, etcétera.
•Los denominados ferro eléctricos: tantalato de litio, nitrato de litio, berlinita, en forma de materiales mono cristalinos y cerámicas o polímeros polares, que tras ser sometidos a polarización adquieren propiedades piezoeléctricas, ya como micro cristales orientados.
Historia de los materiales piezoeléctrico
A mitad del
siglo XVIII, Linneo y Aepinus comprobaron la existencia de
un potencial eléctrico como respuesta a cambios de temperatura en
determinados materiales. A finales del siglo XVIII, Coulomb ya
teorizaba que la electricidad podía ser producida aplicando presión. El
fenómeno piezoeléctrico fue descubierto por René-Just Haüy, un minerólogo
islandés, hacia 1870, aunque sus experimentos no fueron concluyentes. Unos años
después, en 1880, los hermanos Jacques y Pierre Curie,
observaron experimentalmente que al aplicar presión a un cristal de cuarzo se
establecían cargas eléctricas en este. Más tarde comprobaron que los mismos
materiales que muestran el efecto piezoeléctrico también muestran el efecto
contrario, en el que cambian su forma bajo la influencia de un campo eléctrico
dando lugar a lo que se denomina el efecto piezoeléctrico inverso.
Teoría
•La propiedad
de la piezoelectricidad fue observada por primera vez por Pierre y
Jacques Curie en 1881 estudiando la compresión del cuarzo. Al someterlo a
la acción mecánica de la compresión, las cargas de la materia se separan y esto
da lugar a una polarización de la carga. Esta polarización es la causante de
que salten las chispas.Para que
la materia presente la propiedad de la piezoelectricidad debe cristalizar en
sistemas que no tengan centro de simetría (que posean disimetría) y por lo
tanto que tengan un eje polar. De las 32 clases cristalinas, 21 no tienen
centro de simetría. Todas estas clases menos una tienen la propiedad
piezoeléctrica en mayor o menor medida.Los gases, los líquidos y los sólidos con simetría no poseen piezoelectricidad.Si se
ejerce una presión en los extremos del eje polar, se produce polarización: un
flujo de electrones va hacia un extremo y produce en él una carga negativa,
mientras que en el extremo opuesto se induce una carga positiva. El alto
voltaje obtenido, que es necesario para que salte la chispa, es mayor si se
utilizan láminas de cristal estrechas y de gran superficie. Las láminas
estrechas se cortan de manera que el eje polar cruce perpendicularmente a
dichas caras. La corriente generada es proporcional al área de la placa y a la rapidez de la
variación de la presión aplicada perpendicularmente a la superficie de la placa
(dF/ dt es
la rapidez del clic-clac).
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| Estas son algunas de las aplicaciones del piezoelctrrico.
Bibliografía:
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