Piezoelectricidad

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La piezoelectricidad (del griego "estrujar o apretar") es un fenómeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una 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, sedeforman 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.
Historia de los materiales piezoeléctricos
La propiedad de la piezoelectricidad fue observada por primera vez por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresión delcuarzo. 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. Delas 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, mientrasque 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 lapresión aplicada perpendicularmente a la superficie de la placa (dF/ dt es la rapidez del clic-clac).
Otra aplicación importante de la piezoelectricidad es la que resulta por cumplirse la propiedad inversa:
-Si sometemos la placa de material piezoeléctrico a una tensión variable, se comprime y se relaja oscilando a los impulsos de una señal eléctrica.
-Si esta placa está en contacto con un fluido letransmite sus vibraciones y produce ultrasonidos.
La primera aplicación práctica de la piezoelectricidad, que surge de la cualidad de transformar una señal mecánica (la presión) en una señal eléctrica (corriente eléctrica ), es la del sónar.
Al final de la Primera guerra mundial se descubrió que las ondas sonoras producidas por los submarinos podían ser detectadas por un trozode cuarzo sumergido en el agua, en el que se medían las corrientes generadas pudiéndose detectar de qué dirección venía el sonido.
El sonar consta de una sonda (piezoeléctrico) que es un transductor, es decir, funciona con la siguiente sucesión de eventos:
Emite vibraciones que producen ondas ultrasónicas en el agua en la dirección del eje polar, es decir, recibe su eco.
El emisor se mueve para que la ondaemitida barra el espacio hasta localizar la dirección en que se encuentra el obstáculo.
El eco recibido golpea el cristal piezoeléctrico y produce una corriente eléctrica.
Finalmente la distancia a que se encuentra el obstáculo que reemite un eco, se obtiene aplicando los cálculos derivados de la teoría del efecto Doopler.

Los materiales piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos que noposeen 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.
Pueden distinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carácter piezoeléctrico de forma...