Piezoelectricidad

Piezoelectricidad
La propiedad de la piezoelectricidad fue observada por primera vez por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresión del cuarzo. 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 dela piezoelectricidad debe cristalizar en sistemas que no tengan centro de simetría (que posean disimetría) y por lo tanto que tengan un eje polar. De las 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 unapresión en los extremos del eje polar, se produce polarización: un flujo de electrones va hacia un extremo y produce en él una carga negativa, mientras que en el extremo opuesto se induce una carga positiva.
El alto voltaje obtenido, que es necesarion 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 eleje polar cruce perpendicularmente a dichas caras.
La corriente generada es proporcional al área de la placa y a la rapidez de la variación de la presión 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 piezoeléctricoa 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 le transmite 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 sonar.
Al final dela primera guerra mundial se descubrió que las ondas sonoras producidas por los submarinos podían ser detectadas por un trozo de 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 las dos propiedades:
emite vibraciones que producenondas ultrasónicas en el agua en la dirección del eje polar,
recibe su eco.
El emisor se mueve para que la onda emitida 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. La distancia a que se encuentra el obstáculo que reemite un eco, se obtiene aplicando los cálculos derivados de lateoría del efecto Doopler.

Piezoelectricidad: La piezoelectricidad puede definirse como la propiedad que poseen algunas sustancias no conductoras, cristalinas (que no poseen centro de simetría), de presentar cargas eléctricas de signo contrario, en caras opuestas, cuando están sometidas a determinadas deformaciones mecánicas. El fenómeno es reversible, pues aplicando a las caras, una tensióneléctrica, se produce una deformación mecánica proporcional al potencial eléctrico.

Fig 1. Proyección del Hexágono Atómico
La deformación de un cristal no genera cargas eléctricas, pero produce un desplazamiento de las cargas propias del mismo; y en los cristales asimétricos, este desplazamiento provoca el llamado efecto piezoeléctrico.
La célula unitaria de cuarzo (Si–O2) está compuesta por 6 átomosde oxigeno, con dos cargas negativas cada uno, y 3 de silicio con cuatro cargas positivas cada uno.
La proyección del hexágono atómico (Figura 1) muestra los 3 átomos de silicio, y solo 3 de los 6 de oxígeno, dado que ellos se superponen 2 a 2.
Si se ejerce una presión, por ejemplo, en el sentido indicado por las flechas, se producen una deformación de la célula; un desplazamiento de las cargas,...