El efecto piezoeléctrico y su aplicación en tecnología.
En 1880, los hermanos Jacques y Pierre Curie descubrieron que cuando se comprimían o estiraban ciertos cristales naturales, surgían cargas eléctricas en los bordes de los cristales. Los hermanos llamaron a este fenómeno "piezoelectricidad" (la palabra griega "piezo" significa "presionar"), y ellos mismos llamaron a estos cristales cristales piezoeléctricos.
Al final resultó que, los cristales de turmalina, cuarzo y otros cristales naturales, así como muchos cristales cultivados artificialmente, tienen un efecto piezoeléctrico. Dichos cristales se agregan regularmente a la lista de cristales piezoeléctricos ya conocidos.
Cuando un cristal piezoeléctrico de este tipo se estira o comprime en la dirección deseada, aparecen cargas eléctricas opuestas con una pequeña diferencia de potencial en algunas de sus superficies.
Si colocamos electrodos conectados entre sí en estas caras, entonces en el momento de la compresión o estiramiento del cristal aparecerá un breve impulso eléctrico en el circuito formado por los electrodos.Esta será la manifestación del efecto piezoeléctrico... A presión constante, tal impulso no ocurrirá.
Las propiedades inherentes de estos cristales hacen posible producir instrumentos precisos y sensibles.
El cristal piezoeléctrico es altamente elástico. Cuando la fuerza se deforma, el cristal vuelve a su volumen y forma originales sin inercia. Merece la pena volver a esforzarse o cambiar lo ya aplicado, e inmediatamente responderá con un nuevo impulso actual. Es el mejor registrador para alcanzar vibraciones mecánicas muy débiles. La corriente en el circuito del cristal vibratorio es pequeña y esto fue un escollo durante el descubrimiento del efecto piezoeléctrico por los hermanos Curie.
En la tecnología moderna, esto no es un obstáculo, porque la corriente puede amplificarse millones de veces. Ahora se sabe que ciertos cristales tienen un efecto piezoeléctrico muy importante. Y la corriente obtenida de ellos puede transmitirse por cables a largas distancias, incluso sin amplificación previa.
Los cristales piezoeléctricos se han utilizado en la detección ultrasónica de fallas para detectar defectos en productos metálicos. En convertidores electromecánicos para estabilización de radiofrecuencia, en filtros de comunicación telefónica multicanal cuando se realizan varias conversaciones simultáneamente en un hilo, en sensores de presión y ganancia, en adaptadores, en soldadura ultrasónica — en muchos campos técnicos, los cristales piezoeléctricos han tomado su posición inquebrantable.
Una propiedad importante de los cristales piezoeléctricos fue también un efecto piezoeléctrico inverso... Si se aplican cargas de signos opuestos a ciertas superficies del cristal, entonces los cristales mismos se deformarán en este caso.Si se aplican vibraciones eléctricas de una frecuencia de audio a un cristal, comenzará a vibrar a la misma frecuencia y las ondas de sonido se excitarán en el aire circundante. Entonces, el mismo cristal puede actuar como micrófono y altavoz.
Otra característica de los cristales piezoeléctricos los convierte en una parte integral de la tecnología de radio moderna. Al poseer la frecuencia natural de las vibraciones mecánicas, el cristal comienza a vibrar con especial fuerza en el momento en que la frecuencia de la tensión alterna aplicada coincide con ella.
Esta es una manifestación de resonancia electromecánica, sobre la base de la cual se crean estabilizadores piezoeléctricos, por lo que se mantiene una frecuencia constante en generadores de oscilaciones continuas.
Responden de manera similar a las vibraciones mecánicas cuya frecuencia coincide con la frecuencia de vibración natural del cristal piezoeléctrico. Esto permite crear dispositivos acústicos que seleccionan de todos los sonidos que les llegan solo aquellos que son necesarios para un propósito u otro.
Los cristales enteros no se toman como dispositivos piezoeléctricos. Los cristales se cortan en capas estrictamente orientadas con respecto a sus ejes cristalográficos, estas capas se convierten en placas rectangulares o circulares, que luego se pulen a un tamaño determinado. El espesor de las placas se mantiene cuidadosamente porque de él depende la frecuencia de resonancia de las oscilaciones. Una o más placas conectadas por capas de metal en dos superficies anchas se denominan elementos piezoeléctricos.