La palabra piezo significa presionar o apretar (de la palabra griega piezein). Piezoelectricidad es la electricidad (generación de potencial eléctrico) que se produce como resultado del efecto piezoeléctrico de algunos materiales cuando se someten a un esfuerzo mecánico o a una compresión o expansión. Esto fue revelado por primera vez por Pierre Curie y Jacques Curie en 1880. Este efecto es reversible, es decir, también existe su efecto inverso. Esto significa que cuando algún material (normalmente cristales y cerámicas) con la aplicación de potencial eléctrico puede dar lugar a un cambio en el carácter mecánico (producir compresión o expansión o tensión). La razón del efecto piezoeléctrico es principalmente la estructura desigual de las moléculas del cristal. Cuando se aplica el potencial eléctrico, la desigualdad o asimetría aumenta y da lugar a la producción de piezoelectricidad.
Generación de efecto piezoeléctrico en el material
Ahora, podemos discutir cómo se produce este efecto dentro de la molécula de la cerámica OR de cristal. Se dice que una molécula es simétrica cuando los ejes polares (una línea irreal que pasa por el centro de las cargas positivas y negativas de una molécula) de dipolos enteros permanecen en la misma orientación. Este cristal se llama monocristal que se representa a continuación.
Sin embargo, en el cristal de Poli, la orientación de los ejes polares será diferente, lo que puede producir un efecto piezoeléctrico como se representa en la Fig. 2.
El efecto piezoeléctrico se produce en estos poli-cristales al calentarlos sometidos a un fuerte campo eléctrico. Como resultado del calentamiento, las moléculas se desplazarán libremente y campo eléctrico hace que todo el dipolo se forme unidireccional como se muestra en la Figura 3(B) y se mantendrá en estado polarizado después de la eliminación del pesado campo eléctrico como se muestra en la Figura 3(C).
Ahora, podemos pasar a la ilustración del efecto piezoeléctrico con la ayuda de la Figura 4. La Figura 4(A) muestra el cristal piezoeléctrico sin ninguna aplicación de energía mecánica. Cuando el material es presionado o comprimido, un voltaje se desarrolla en el medio de los dos electrodos. La polaridad será la misma que la del voltaje de polarización como se muestra en la figura 4(B). A continuación, el material se extiende y, como resultado, se forma un voltaje de polaridad opuesta, como se muestra en la Figura 4(C).
Para el efecto inverso o retroceso, se requiere la aplicación de un potencial pesado con polaridad diversa al cristal y el resultado en la ampliación del cristal se muestra en la Figura 4(D). Si se aplica un voltaje con la misma polaridad, el material piezoeléctrico sufrirá una contracción como se muestra en la Figura 4(E). En la figura 4(F), se muestra la respuesta del material cuando se aplica el voltaje de CA. El material oscilará de un lado a otro con la misma frecuencia de la CA aplicada.
Los materiales que exhiben el efecto piezoeléctrico
Los cristales naturales como el cuarzo, el azúcar de caña, la sal de Rochelle, el hueso, el topacio, la berlinita y los minerales del grupo de la turmalina son cristales piezoeléctricos. Los otros materiales hechos por el hombre son la GaPO4, La3Ga5SiO14, BaTiO3KNbO…3, LiTaO3 etc. son materiales piezoeléctricos. El fluoruro de polivinilideno es un polímero que puede producir un efecto piezoeléctrico.
Aplicación de la Piezoelectricidad
- Se utilizan como fuentes de voltaje y potencia en los encendedores eléctricos, en los equipos utilizados en el campo de batalla, en los transformadores piezoeléctricos, etc.
- Como Sensores en los micrófonos, las pastillas de la guitarra y otros instrumentos musicales, el control de la potencia en los tratamientos médicos, etc.
- Como actuadores en altavoces, impresoras de inyección de tinta, motores piezoeléctricos, etc.
- Como estándar de frecuencia en el reloj de cuarzo.
