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piezoelectricidad
Por: Jose Sepúlveda Basaez
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Twitter: @jechepo
Fono: 032-2583445
Concepto:
• La piezoelectricidad (del griego piezein, "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, se deforman 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.
• Los materiales piezoeléctricos son cristales
naturales o sintéticos que no poseen 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
natural (cuarzo, turmalina) y los llamados
ferroeléctricos, que presentan propiedades
piezoeléctricas tras ser sometidos a una
polarización (tantalio de litio, nitrato de litio,
bernilita en forma de materiales monocristalinos
y cerámicas o polímeros polares bajo forma de
microcristales orientados).
Clases de cristales
• Dentro de los 32 grupos cristalográficos existen 21 que
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no tienen un centro de simetría, y de estos, unos 20
exhiben directamente piezoelectricidad (la número 21 es
la clase cúbica 432). Diez de estos son polares, es decir,
presentan polarización instantánea debido a que
contienen un dipolo eléctrico en su celda unidad, y el
material exhibe piroelectricidad, de entre estos algunos
son además ferroeléctricos cuando este dipolo puede
invertirse la dirección del dipolo mediante la aplicación
de un campo eléctrico. Las clases cristalográficas son:
Clases cristalográficas piezoeléctricas: 1, 2, m,
222, mm2, 4, -4, 422, 4mm, -42m, 3, 32, 3m, 6, -6, 622,
6mm, -62m, 23, -43m.
Clases cristalográficas piroeléctricas: 1, 2, m, mm2,
4, 4mm, 3, 3m, 6, 6mm.
Ecuaciones:
• Las ecuaciones constitutivas de los materiales
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piezoeléctricos combinan tensiones, deformaciones y
comportamiento eléctrico:
donde D es el desplazamiento eléctrico, e es la
permitividad y E es el campo eléctrico:
donde S es la deformación y T es la tensión.
Estas ecuaciones pueden combinarse en una ecuación
que considera la relación entre carga y deformación:
donde d representa las constantes piezoeléctricas del
material, y el superíndice E indica que la magnitud está
medida bajo campo eléctrico constante o cero, y el
superíndice t señala que se trata de una forma
traspuesta de matriz.
Aplicaciones:
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Actuadores .
Altavoces de agudos (Tweeters), pequeños altavoces.
Cápsula (Pick-up) de tocadiscos.
Encendido electrónico de calefons y estufas a gas.
Encendedores o mecheros eléctricos.
Filtros SAW.
Hidrófonos (Geofísica).
Líneas de retardo.
Motores piezoeléctricos .
Sensores de vibración en guitarras eléctricas.
Recarga automática de baterías para teléfonos móviles y
computadoras portátiles.
Reguladores de presión proporcional neumáticos.
Reloj de cuarzo.
Sensores .
Transductores ultrasónicos (como los cabezales de los ecógrafos).
Transformador Piezoeléctrico.
• árbol artificial con dos funciones: generar electricidad y
juntar agua de lluvia. Diseñados por Anthony DiMari,
estos arbolitos serán colocados formando un pequeño
bosque artificial y usarán la piezoelectricidad para
generar energía. El proyecto se conoce como Urban Field
y también es capaz de generar energía eólica.
Piroelectricidad:
• La piroelectricidad es el cambio en la polarización de un material
sometido a cambios de temperatura. Este tipo de fenómenos se
observa en materiales dieléctricos que contienen polarizaciones
espontáneas producidas por dipolos orientados.
• Estos efectos han sido conocidos por el hombre desde hace muchos
años, recibió este nombre de D. Brewster en 1824. Pero la
investigación de la piroelectricidad en polímeros es relativamente
nueva pues data de mediados del siglo XX, sin embargo los
resultados iniciales fueron pobres y no atractivos a nivel comercial.
Grandes adelantos ocurrieron en 1971, con el descubrimiento de los
efectos piroeléctricos en el fluoruro de polivinilideno PVDF por J.B.
Bergman, J.H. y solamente después de que el Dr. H. Kawai
descubrió la piezoelectricidad en el mismo material.
• Cualquier polímero amorfo puede ser piroeléctrico
piroelectricidad
• Termoelectricidad:
• Este forma de generación de electricidad ocurre cuando
al unir dos metales diferentes y someternos a
temperaturas distintas en las uniones, se produce una
corriente eléctrica, que es proporcional al gradiente de
temperatura entre las zonas mencionadas. A este
fenómeno se le conoce como efecto El efecto Seebeck. y
es la base con la que funcionan algunos instrumentos
como los termopares, aunque se usa poco para fines de
generación de potencia (no tengo ni idea de una planta
generadora en el mundo que use este sistema). Pero si
existen refrigeradores especiales que usan un fenómeno
complementario llamado efecto Peltier en donde esta
unión bimetálica al ser sometida a una corriente eléctrica
se vuelve una bomba de calor.
termoelectricidad
Conclusión:
• Cualquier movimiento mecánico puede producir
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electricidad gracias al fenómeno de la piezoelectricidad.
Todo medio contribuye a la generación de electricidad
sin alterar el entorno.
La autosuficiencia eléctrica residencial es posible.
La actividad humana y animal normal permite la
generación de electricidad.
Se pueden aprovechar energías liberadas de nuestra
propia naturaleza a favor de la generación.
Solo falta VOLUNTAD.
Fin presentación