¿para qué se utiliza piezoelectricity?
Foto: Un típico transductor piezoeléctrico. Este es el timbre dentro de mi teléfono fijo: hace un ruido chirrido particularmente estridente y horrible cuando suena el teléfono!
Hay todo tipo de situaciones en las que necesitamos convertir la energía mecánica (presión o movimiento de algún tipo) en señales eléctricas o viceversa. A menudo podemos hacerlo con un transductor piezoeléctrico., Un transductor es simplemente un dispositivo que convierte pequeñas cantidades de energía de un tipo a otro (por ejemplo,la conversión de luz, sonido o presión mecánica en señales eléctricas).
en los equipos de ultrasonido, un transductor piezoeléctrico convierte la energía eléctrica en vibraciones mecánicas extremadamente rápidas, tan rápidas, de hecho,que producen sonidos, pero demasiado agudos para que nuestros oídos los oigan. Estas vibraciones de ultrasonido se pueden utilizar para el escaneo, la limpieza y todo tipo de otras cosas.,
en un micrófono, necesitamos convertir la energía sonora (ondas de presión que viajan a través del aire) en energía eléctrica, y eso es algo con lo que los cristales piezoeléctricos pueden ayudarnos. Simplemente pegue la parte vibratoria del micrófono a un cristal y, como ondas de presión de su voz, harán que el cristal se mueva hacia adelante y hacia atrás, generando señales eléctricas correspondientes. La «aguja» en un gramófono(a veces llamado tocadiscos) funciona de la manera opuesta. A medida que la aguja con punta de diamante recorre el surco espiral de tu LP, sube y baja., Estas vibraciones empujan y tiran de un cristal piezoeléctrico de peso ligero, produciendo señales eléctricas que su stereothen convierte de nuevo en sonidos audibles.
Photo: Record-player stylus (photographed from below): si todavía estás reproduciendo discos LP, usarás un stylus como este para convertir los golpes mecánicos en el disco en sonidos que puedas escuchar. El lápiz (barra horizontal plateada) contiene un pequeño cristal de diamante (el pequeño punto en el extremo a la derecha) que rebota hacia arriba y hacia abajo en el surco de registro., Las vibraciones distorsionan un cristal piezoeléctrico dentro del cartucho amarillo que produce señales eléctricas, que se amplifican para hacer los sonidos que se pueden escuchar.
en un reloj de cuarzo, el efecto piezoeléctrico inverso se utiliza para mantener el tiempo con mucha precisión. La energía eléctrica de una batería se alimenta a un cristal para que oscile miles de veces por segundo. El reloj utiliza entonces un circuito electrónico para convertirlo en latidos más lentos, una vez por segundo, que un pequeño motor y algunos años precisos usan para conducir las agujas del segundo, minuto y hora alrededor de la esfera del reloj.,
la piezoelectricidad también se utiliza, mucho más crudamente, en encendedores de chispa para estufas de gas y cajas de gas. Presione un interruptor más ligero y escuchará un sonido de clic y verá que aparecen chispas. Lo que estás haciendo, cuando presionas el interruptor,es apretar un cristal piezoeléctrico, generar un voltaje, y hacer volar una chispa a través de un pequeño espacio.
Si tienes una impresora de inyección de tinta sentada en tu escritorio, está usando «jeringas» de precisión para rociar gotas de enlace sobre el papel., Algunos inyectores de tinta chorrean sus jeringas usando cristales piezoeléctricos controlados electrónicamente, que aprietan sus» émbolos » Dentro y Fuera; Los Chorros de burbujas Canon disparan su tinta calentándola en su lugar. (Encontrará más detalles de ambos métodos en nuestro artículo sobre impresoras de inyección de tinta.)
foto: la NASA ha experimentado con el uso de materiales piezoeléctricos para reducir la vibración y el ruido de los rotores de helicópteros que giran rápidamente. Foto Cortesía de la NASA.
¿recolección de energía con piezoelectricidad?,
si puede hacer un poco de electricidad presionando un cristal piezoeléctrico una vez, ¿podría hacer una cantidad significativa presionando muchos cristales una y otra vez? ¿Y si enterráramos cristales bajo las calles y aceras de la ciudad para capturar energía mientras los autos y la gente pasaban? Esta idea, que se conoce como recolección de energía, ha captado el interés de muchas personas., Los inventores han propuesto todo tipo de ideas para almacenar energía con dispositivos piezoeléctricos ocultos, desde zapatos que convierten tus movimientos al caminar en calor para mantener los pies calientes, y teléfonos celulares que se cargan de los movimientos de tu cuerpo, hasta carreteras que encienden farolas, lentes de contacto que capturan energía cuando parpadeas, e incluso aparatos que producen energía a partir de la presión de la lluvia.
Artwork: energy harvesting?, Los inventores han estado presentando muchas patentes para dispositivos portátiles que generarán pequeñas cantidades de electricidad a partir de los movimientos de su cuerpo. Este ejemplo es un zapato con un transductor piezoeléctrico incorporado (1) que salta hacia arriba y hacia abajo mientras camina, enviando electricidad a un circuito (2) y luego almacenándola en una batería (3).
¿es la recolección de energía una buena idea? A primera vista, cualquier cosa que minimice el desperdicio de energía y mejore la eficiencia suena realmente sensato., Si pudiera usar el piso de una tienda de comestibles para capturar la energía de los pies de los compradores apresurados que empujan sus carros pesados, y usar eso para alimentar las luces de la tienda o sus gabinetes enfriadores, seguramente eso debe ser algo bueno. A veces, la recolección de energía puede proporcionar una cantidad de energía decente, aunque bastante modesta.
el problema es, sin embargo, que los esquemas de recolección de energía pueden ser una gran distracción de las mejores ideas. Consideremos, por ejemplo, el concepto de construir calles con «bandas de ruido» piezoeléctricas que absorben la energía del tráfico que pasa., Los coches son máquinas extremadamente ineficientes y solo una pequeña cantidad (15 por ciento más o menos) de la energía en su combustible te impulsa en el camino. Solo una fracción de esta fracción está disponible para la recuperación de la carretera, y no sería capaz de recuperar toda esa fracción con una eficiencia del 100 por ciento. Así que la cantidad de energía que prácticamente podría recuperarse, y la ganancia de eficiencia que haría por el dinero que gastó, sería minúscula., Si realmente quieres ahorrar energía de los automóviles, la manera sensata de hacerlo es abordar las ineficiencias del transporte de automóviles mucho antes en el proceso; por ejemplo, diseñando motores que sean más eficientes, alentando a la gente a compartir automóviles, cambiando de motores de gasolina a Automóviles eléctricos y cosas por el estilo.
eso no quiere decir que la recolección de energía no tenga cabida; podría ser realmente útil para cargar dispositivos móviles que utilizan energía que de otro modo se desperdiciaría. Imagine un teléfono celular que se carga automáticamente cada vez que se mueve en su bolsillo, por ejemplo., Aun así, cuando se trata de ahorrar energía, siempre debemos considerar el panorama general y asegurarnos de que el tiempo y el dinero que invertimos produzcan los mejores resultados posibles.
¿quién descubrió la piezoelectricidad?
El efecto piezoeléctrico fue descubierto en 1880 por dos físicos franceses, brothersPierre y Paul-Jacques Curie, en cristales de cuarzo, turmalina, sal de andRochelle (tartrato de sodio y potasio). Tomaron el nombre de la obra griega piezein, que significa «presionar.,Jacques resumió la observación en un artículo de 1889 en Annales de Chimie et de Physique (mi propia traducción aproximada del francés):
«si uno tira o aprieta a lo largo del eje principal , aparece en los extremos de este eje cantidades iguales de electricidad de signos opuestos, proporcionales a la fuerza de acción e independientes de las dimensiones del cuarzo.»
Artwork: Illustrations of the Curies ‘ work from Quartz Piezo-Electrique: Extrait de la These de J. CURIE: Annales de Chimie et de Physique, t., XVII, 1889, pág. 392.
