Efecto piroeléctrico

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´ ´ FENOMENO PIROELECTRICO, APLICACIONES ´ Y ADECUACION.
Arley Bejarano Mart´nez ı Andres Felipe Calvo Juan Sebasti´ n Ossa a
arleybejarano@gmail.com, andresiguano@hotmail.com,juansebas157@hotmail.com Universidad Tecnol´ gica de Pereira o Estudiantes Ingenier´a Electr´ nica ı o Grupo 06

Resumen—Este documento presenta los conceptos b´ sicos a del fen´ meno piroel´ ctrico, la aplicaci´ nde este fen´ meno en o e o o sensores, el c´ mo estos funcionan y su respectiva adecuaci´ n o o para el manejo de ellos en la pr´ ctica. a Index Terms—Calor, cristales, fen´ meno piroel´ ctrico, radiaci´ n o e o infrarroja.

´ I. I NTRODUCCI ON Desde que se descubri´ la radiaci´ n infrarroja emitida por los o o cuerpos calientes, se han desarrollado multitud de sensores para detectarlas. Entreellos, se pueden diferenciar dos tipos que abarcan la pr´ ctica totalidad de los sensores: los sensores a fotonicos y los sensores t´ rmicos. e Los sensores fotonicos detectan directamente los fotones que transmiten la energ´a radiada por los objetos. En la mayor´a de ı ı los casos, lo hacen consiguiendo que los fotones recibidos exciten electrones en alguno de los elementos del sensor, creandouna corriente o una tensi´ n, o variando una resistencia. o En los sensores t´ rmicos (entre los que est´ n incluidos los e a de tipo piroel´ ctrico), no se mide la radiaci´ n incidente e o directamente, si no que dicha radiaci´ n es absorbida en forma o de calor, provocando un aumento de temperatura en el propio elemento sensor. Este aumento de temperatura cambia alguna de las propiedades delsensor, y ser´ eso lo que se mida. a ´ II. M ARCO TE ORICO La definici´ n estricta de piroelectricidad es la generaci´ n de un o o momento dipolar en un material aislante debida a un cambio homog´ neo de temperatura. e En un material diel´ ctrico puede aparecer un momento dipolar e por varios motivos. Uno de esos motivos es la distribuci´ n o asim´ trica de los distintos iones en las mol´ culas, lo quee e provoca que cada mol´ cula presente un momento dipolar e permanente. Si dichas mol´ culas se organizan de forma que e sus momentos dipolares no se compensen entre s´, el material ı en s´ tendr´ un momento dipolar no nulo permanente incluso ı a en ausencia de un campo el´ ctrico externo. Macrosc´ picae o mente, se dice que presenta una polarizaci´ n Espont´ nea. El o a vector polarizaci´ n netoes el momento dipolar por unidad de o volumen, y tambi´ n es proporcional a la carga por unidad de e volumen. Estas cargas aparecen en el electrodo de la superficie del sensor.

Mientras el material est´ en equilibrio, en su interior existe a un campo el´ ctrico contrario al momento dipolar, es decir, un e campo de despolarizaci´ n, generado por las fuerzas el´ ctricas o e que ligan loselectrones a sus respectivos ´´ tomos y las fuerzas a intramoleculares que mantienen los iones unidos entre s´. ı Este campo de despolarizaci´ n neutraliza las cargas aparecidas o sobre la superficie del sensor [1]. Sin embargo, si aplicamos a un material de este tipo un cambio homog´ neo en su temperatura, los iones de las mol´ culas e e pueden variar su distancia o incluso su orientaci´ n, modifio candoas´ el dipolo el´ ctrico que forma cada mol´ cula, y por ı e e tanto, la polarizaci´ n neta del material. Esta polarizaci´ n neta o o ser´ diferente de la que presentar´a el material en equilibrio, y a ı no ser´ compensada por el campo de despolarizaci´ n natural a o del material. Podemos decir que hay un exceso de cargas en la superficie del sensor, que ser´ proporcional a la temperatura. a Dada lasimilitud entre las causas del efecto piroel´ ctrico (la e dilataci´ n que sufre el material al aumentar su temperatura) y o las del efecto piezoel´ ctrico (una compresi´ n o estiramiento e o mec´ nico del material), hay una gran cantidad de materiales a piezoel´ ctricos que son piroel´ ctricos, y viceversa [2]. Este e e doble comportamiento (piro y piezoel´ ctrico) de los materiales e piroel´...