Ecuaciones

ISSN 1988-6047

DEP. LEGAL: GR 2922/2007 Nº 28 MARZO 2010

“PRINCIPIOS DE PIEZOELECTRICIDAD”
AUTORÍA
FRANCISCO GUTIÉRREZ MELERO
TEMÁTICA
TECNOLOGÍA. PROPIEDADES DE MATERIALES
ETAPA
ESO

Resumen
Según la L.O.E. (2/2006) y la L.E.A. (17/2007) establecen entre sus fines, la adquisición de hábitos
intelectuales y técnicas de trabajo, conocimientos científicos, técnicos... paradesarrollar dicho fin, el
artículo que desarrollo va dirigido a los alumnos de la ESO y Bachillerato. En él, vamos a estudiar
los siguientes principios de piezoelectricidad: propiedades que presentan algunos materiales, la
piezoelectricidad mediante la cual se puede dar una transformación de energía eléctrica en
mecánica; como pueden agruparse estos materiales para conseguir aprovechar esta propiedad yaplicarla en el mundo cotidiano e industria; encontrar un símil eléctrico de forma que podamos
entender y asimilar mejor el proceso.
Con dichos contenidos lo que se pretende es que los alumnos adquieran y desarrollen la
competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico y natural, con la importancia
que tienen dichos materiales en su entorno, por ejemplo en los micrófonos,altavoces, televisión,
teléfonos, filtros…
Palabras clave
Piezoelectricidad
Ultrasonido
Dipolo
Red Cristalina
Vibración
Onda

1

ISSN 1988-6047

DEP. LEGAL: GR 2922/2007 Nº 28 MARZO 2010

!

"#

$

%&
$"'(&
)
*

+

,

-. / 0 2
13

2

ISSN 1988-6047

DEP. LEGAL: GR 2922/2007 Nº 28 MARZO 2010

1.-INTRODUCCIÓN
Piezoelectricidad es el término general quedescribe la propiedad que exhiben algunos cristales
(redes cristalinas) para llegar a polarizarse eléctricamente cuando se les aplica una tensión, bien
compresiva, bien extensiva. El cuarzo es un buen ejemplo de material piezoeléctrico. Si el esfuerzo
de compresión se aplica al cristal, éste desarrolla un momento eléctrico proporcional a la fuerza
aplicada (Efecto piezoeléctrico directo).Opuestamente, si el cristal se introduce en un campo
eléctrico, la forma del cristal cambia levemente (Efecto piezoeléctrico opuesto), como consecuencia
termodinámica del esfuerzo directo.
La piezoelectricidad se da también en las redes cristalinas metálicas, por ejemplo en la Turmalina y
las sales de Rochelle . Éstos ya tienen una polarización espontánea de por sí, y el efecto
piezoeléctrico nosmuestra cambios en esta polarización.
Además de los materiales expuestos antes, existen un importante grupo de materiales
piezoeléctricos, las llamadas cerámicas piezoeléctricas, por ejemplo el PXE (policristal de la forma
A B O3; donde A es un metal divalente pesado como el Pb; B es un metal tetravalente ligero como el
Zr o el Ti; y oxígeno), con estructura tetragonal o romboédrica.

Figura 1El PXE puede ser amoldado en forma y tamaño, y además posee las propiedades de dureza,
mecánicamente inerte y no le afectan los cambios climáticos.
2.-EFECTOS PIEZOELÉCTRICOS EN MATERIALES CERÁMICOS.
En un cristal metálico, cada celdilla de la red cristalina espontáneamente está polarizada a lo largo
de las distintas direcciones permitidas. Esta polarización desaparece a la temperaturacrítica (Punto
de Curie), por encima de la cual el cristal llega a ser paraeléctrico.

1

TURMALINA: Silicato complejo de boro y aluminio, con magnesio, hierro u otros materiales alcalinos y flúor en
pequeñas cantidades, cristalizando en un sistema trigonal.

2

SALES DE ROCHELLE: Tartrato doble de sodio y potasio K NaC4H4O6 + 4H2O

3

ISSN 1988-6047

DEP. LEGAL: GR 2922/2007 Nº 28MARZO 2010

Si un cristal se solidifica alrededor de la temperatura de Curie en presencia de un campo eléctrico
externo, los dipolos tienden a alinearse en la dirección paralela al campo externo. Si este cristal es
comprimido la red cristalina tiende a distorsionarse, introduciendo cambios en el momento dipolar
del cristal (efecto piezoeléctrico). El rango de tensión aplicado será específico...