Tenemos materiales específicos que son adecuados para aplicaciones de piezoelectricidad, pero ¿cómo funciona exactamente el proceso?Con el Efecto Piezoeléctrico.El rasgo más singular de este efecto es que funciona de dos maneras.Puede aplicar energía mecánica o energía eléctrica al mismo material piezoeléctrico y obtener un resultado opuesto.
La aplicación de energía mecánica a un cristal se denomina efecto piezoeléctrico directo y funciona así:
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Un cristal piezoeléctrico se coloca entre dos placas de metal.En este punto el material está en perfecto equilibrio y no conduce corriente eléctrica.
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Luego, las placas de metal aplican presión mecánica al material, lo que hace que las cargas eléctricas dentro del cristal se desequilibren.Aparecen cargas positivas y negativas en exceso en lados opuestos de la cara del cristal.
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La placa de metal recoge estas cargas, que se pueden utilizar para producir un voltaje y enviar una corriente eléctrica a través de un circuito.
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Eso es todo, una simple aplicación de presión mecánica, apretar un cristal y de repente tienes una corriente eléctrica.También puede hacer lo contrario, aplicando una señal eléctrica a un material como un efecto piezoeléctrico inverso.Funciona así:
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En la misma situación que en el ejemplo anterior, tenemos un cristal piezoeléctrico colocado entre dos placas de metal.La estructura del cristal está en perfecto equilibrio.
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Luego se aplica energía eléctrica al cristal, que se contrae y expande la estructura del cristal.
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A medida que la estructura del cristal se expande y contrae, convierte la energía eléctrica recibida y libera energía mecánica en forma de onda de sonido.
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El efecto piezoeléctrico inverso se utiliza en una variedad de aplicaciones.Tome un altavoz, por ejemplo, que aplica un voltaje a una cerámica piezoeléctrica, lo que hace que el material vibre en el aire como ondas de sonido.
El descubrimiento de la piezoelectricidad
La piezoelectricidad fue descubierta por primera vez en 1880 por dos hermanos y científicos franceses, Jacques y Pierre Curie.Mientras experimentaban con una variedad de cristales, descubrieron que aplicar presión mecánica a cristales específicos como el cuarzo liberaba una carga eléctrica.Llamaron a esto el efecto piezoeléctrico.
Los siguientes 30 años vieron la piezoelectricidad reservada en gran parte para experimentos de laboratorio y mayor refinamiento.No fue hasta la Primera Guerra Mundial cuando se utilizó la piezoelectricidad para aplicaciones prácticas en el sonar.El sonar funciona conectando un voltaje a un transmisor piezoeléctrico.Este es el efecto piezoeléctrico inverso en acción, que convierte la energía eléctrica en ondas sonoras mecánicas.
Las ondas de sonido viajan a través del agua hasta que golpean un objeto.Luego regresan a un receptor de origen.Este receptor utiliza el efecto piezoeléctrico directo para convertir las ondas de sonido en voltaje eléctrico, que luego puede ser procesado por un dispositivo de procesamiento de señales.Usando el tiempo entre el momento en que la señal se fue y cuando regresó, la distancia de un objeto se puede calcular fácilmente bajo el agua.
Con el éxito del sonar, la piezoelectricidad se ganó la mirada ansiosa de los militares.La Segunda Guerra Mundial avanzó la tecnología aún más cuando investigadores de los Estados Unidos, Rusia y Japón trabajaron para crear nuevos materiales piezoeléctricos hechos por el hombre llamados ferroeléctricos.Esta investigación condujo a dos materiales artificiales que se utilizan junto con el cristal de cuarzo natural, el titanato de bario y el titanato de circonato de plomo.
Piezoelectricidad hoy
En el mundo actual de la electrónica, la piezoelectricidad se usa en todas partes.Pedir direcciones a Google para llegar a un nuevo restaurante usa piezoelectricidad en el micrófono.Incluso hay un metro en Tokio que utiliza el poder de los pasos humanos para alimentar estructuras piezoeléctricas en el suelo.Encontrará que la piezoelectricidad se usa en estas aplicaciones electrónicas:
Actuadores
Los actuadores usan piezoelectricidad para alimentar dispositivos como máquinas de tejer y braille, cámaras de video y teléfonos inteligentes.En este sistema, una placa de metal y un dispositivo actuador intercalan un material piezoeléctrico.Luego se aplica voltaje al material piezoeléctrico, que se expande y contrae.Este movimiento hace que el actuador también se mueva.
Altavoces y zumbadores
Los parlantes usan piezoelectricidad para alimentar dispositivos como despertadores y otros dispositivos mecánicos pequeños que requieren capacidades de audio de alta calidad.Estos sistemas aprovechan el efecto piezoeléctrico inverso al convertir una señal de voltaje de audio en energía mecánica como ondas de sonido.
Conductores
Los controladores convierten una batería de bajo voltaje en un voltaje más alto que luego se puede usar para impulsar un dispositivo piezoeléctrico.Este proceso de amplificación comienza con un oscilador que emite ondas sinusoidales más pequeñas.Estas ondas sinusoidales luego se amplifican con un amplificador piezoeléctrico.
Sensores
Los sensores se utilizan en una variedad de aplicaciones, como micrófonos, guitarras amplificadas y equipos de imágenes médicas.En estos dispositivos se utiliza un micrófono piezoeléctrico para detectar variaciones de presión en las ondas de sonido, que luego se pueden convertir en una señal eléctrica para su procesamiento.
Fuerza
Una de las aplicaciones más sencillas de la piezoelectricidad es el encendedor de cigarrillos eléctrico.Al presionar el botón del encendedor, se libera un martillo con resorte en un cristal piezoeléctrico.Esto produce una corriente eléctrica que cruza un espacio de chispa para calentar y encender el gas.Este mismo sistema de energía piezoeléctrico se usa en estufas y quemadores de gas más grandes.
motores
Los cristales piezoeléctricos son perfectos para aplicaciones que requieren precisión precisa, como el movimiento de un motor.En estos dispositivos, el material piezoeléctrico recibe una señal eléctrica, que luego se convierte en energía mecánica para forzar el movimiento de una placa de cerámica.
Piezoelectricidad y el futuro
¿Qué le depara el futuro a la piezoelectricidad?Las posibilidades abundan.Una idea popular que los inventores están lanzando es el uso de piezoelectricidad para la recolección de energía.Imagina tener dispositivos piezoeléctricos en tu smartphone que pudieran activarse con el simple movimiento de tu cuerpo para mantenerlos cargados.
Pensando un poco más grande, también podría incrustar un sistema piezoeléctrico debajo del pavimento de la carretera que puede ser activado por las ruedas de los automóviles en movimiento.Esta energía podría luego ser utilizada en semáforos y otros dispositivos cercanos.Combine eso con una carretera llena de autos eléctricos y se encontrará en una situación de energía neta positiva.
