la piezoelectricidad

La Piezoelectricidad
Autor: Juan Diego Santa María Barrios
Índice General
.INTRODUCCION
DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÒN
ECUCACIONES DE LA PSICOELECTRICIDAD
CONCLUSIONES
APENDICES
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
Introducción
La piezoelectricidad (del griego piezein, "estrujar o apretar") es un fenómeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquierenuna polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Este fenómeno también se presenta a la inversa, esto es, 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 suforma.
Los materiales piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos que no poseen centro de simetría. El efecto de una compresión o de un cizallamiento consiste en disociar los centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas. Aparecen de este modo dipolos elementales en la masa y, por influencia, cargas de signo opuesto en las superficies enfrentadas.
Puedendistinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carácter piezoeléctrico de forma natural (cuarzo, turmalina) y los llamados ferroeléctricos, que presentan propiedades piezoeléctricas tras ser sometidos a una polarización (tantalio de litio, nitrato de litio, berlinita en forma de materiales monocristalinos y cerámicas o polímeros polares bajo forma de microcristales orientados).

Desarrollo de lainvestigación
En el año 1880 los hermanos Curie descubrieron un efecto sumamente interesante: un cristal, al ser sometido a una presión mecánica a lo largo de un eje determinado desarrollaba una diferencia de potencial entre sus caras.
Al año siguiente comprobaron experimentalmente su efecto recíproco: frente a campos eléctricos externos, estos cristales evidenciaban una deformación mecánica.Esta propiedad fue llamada piezoelectricidad, y a dichos materiales piezoeléctricos.

Para explicar este fenómeno debemos volcar nuestra atención en la estructura cristalina de estos materiales.
Como sabemos, las moléculas pueden ser polares o no polares, aunque la suma de los momentos internos del cuerpo sea cero. Algunos materiales no solo están compuestos por moléculas polares, sino queéstas están alineadas en lo que se conoce como dominios.
Así, el objeto presenta un momento dipolar neto observable y permanente. Estos objetos son llamados electretos y son el equivalente eléctrico de un imán. Sin embargo no son tan útiles pues las cargas del aire anulan rápidamente a las cargas de polarización y hacen que no se observen campos eléctricos resultantes.

Analicemos el por qué deestos momentos dipolares moleculares. En particular nos interesa la forma de la celda unidad de virtualmente todos los piezoeléctricos: la pirovskita.
Esta celda consta de 3 elementos, y es característica de compuestos de la forma ABO3; donde A y B son cationes cuya suma de estados de oxidación es +6, y O oxígeno.
A es un catión de tamaño comparable al oxigeno, y ambos forman un empaquetamientocúbico centrado en las caras (A en los vértices y O en las caras).
B es un catión pequeño que ocupa el hueco octahédrico limitado por los oxígenos.


Estructura de Pirovskita

Esta estructura está generalmente distorsionada, presentando a B desplazado, fuera del centro exacto del cubo. Se dice que esta celda, así distorsionada, no tiene "centro de inversión": al ser rotada 180º no seobtiene la misma configuración.


Estructura de Pirovskita sin centro de inversión

En este caso, el centro de cargas negativas no coincide con el centro de cargas positivas y la celda unidad presenta un momento dipolar permanente. Si los momentos dipolares en el material predominan en un sentido, el material será un electreto. Si, en cambio, están dispuestos al azar, el material puede...