Efecto Piezoeléctrico
Este principio físico está detrás de elementos cotidianos como mecheros o relojes, pero también en gran parte de los instrumentos de medida de precisión de los que disponemos hoy en día.
¿Cómo funciona?
Este fenómeno se produce en algunos cristales, como puede ser el cuarzo, en los cuales al aplicar una tensión mecánica, se genera un campo eléctrico dentro del material. Como en cualquier material, al aplicarle una fuerza, éste se deformará. La particularidad en estos cristales, es que esta deformación produce un desequilibrio en la simetría que tiene las cargas eléctricas en su interior.
Este efecto es totalmente reversible, por lo que si aplicamos un campo eléctrico entre los extremos de un cristal lo que sucederá es que el
material se deformará. Esto hace que este principio se puede usar tanto como sensor, como actuador. Un ejemplo muy paradigmático es el caso micrófono-altavoz. Con un cristal piezoeléctrico y una membrana, podemos convertir lasondas de presión del sonido en una señal eléctrica(micrófono) o viceversa, convertir la señal eléctrica en sonido(altavoz).
¿Cómo se descubrió?
Aunque hay algunos trabajos a mediados del siglo XVIII que hacen referencia a este fenómeno, la primera demostración rigurosa datade1880, a manos de los famosos hermanos Curie (Jacques and Pierre). Años más tarde Marie junto con su marido Pierre emplearon este principio para poder descubrir y aislar tanto el Radio como el Poloniolo que les valdría años mas tarde a ambos el Premio Nobel. A modo introductorio indicar que usaron la piezoelectricidad, para medir
indirectamente la radiación de un elemento. Os animamos si tenéis interés, a ver este post de Google donde se explica con mucho mayor
detalle. https://artsandculture.google.com/story/BwWx_qy57jACKQ
El SONAR primer uso de carácter generalista
Tuvieron que pasar más de 30 años para que apareciera un uso práctico más allá de puntuales usos dentro del laboratorio. Durante la primera Guerra Mundial se empleó la piezoelectricidad para detectar y localizar
embarcaciones y submarinos.
Se inventó un dispositivo que emitía ondas de ultrasonidos a través del
agua y medía el eco tras rebotar dichas ondas con objetos que estuviesen sumergidos o semi-sumergidos. Midiendo el tiempo que tarda en retornar la onda se podía deducir la distancia del objeto y midiendo la variación aparente de la frecuencia de la señal de vuelta indicaba la velocidad del objeto. El éxito del uso del efecto piezoeléctrico para este invento, despertó un gran interés en esta tecnología y fue el primer paso para una larga lista de inventos que son imprescindibles en la ingeniería y en nuestro día día.
¿Dónde encontramos este efecto hoy en día?
Estamos literalmente rodeados de dispositivos que usa este efecto para funcionar. La mayoría de dispositivos electrónicos tiene un cristal
piezoeléctrico que actúa como resonador para generar los pulsos de reloj
de los microprocesadores o ASICS. Esto se debe a que la frecuencia natural de estos cristales es extremadamente estable. Otro ejemplo cotidiano, son muchos tipos de mechero en los que al pulsar el botón que tienen suceden dos cosas al mismo tiempo. Por un lado se abre el paso del gas y por otro se presiona un cristal piezoeléctrico para generar un arco eléctrico encargado de prender el gas
Aplicación en ingeniería
El efecto piezoeléctrico es ampliamente utilizado para fabricar sensores de precisión enfocados a medir diferentes magnitudes. Algunos ejemplos serían:
- Accelerómetros IEPE (“Integrated electronics piezoelectic”)
- Sensores de presión para líquidos y gases
- Micrófonos y altavoces
- Medida de distancia por ultrasonidos
- Balanzas, pero sobretodo en microbalanzas
Ademas de estos ejemplos, existen un gran numero de posibles aplicaciones para esta tecnología. Desde ADECUA te ayudamos a seleccionar la sensórica que necesitas o a diseñar nuevos instrumentos que se requieran para tu proyecto.
