O efeito piezoelétrico e sua aplicação na tecnologia

Em 1880, os irmãos Jacques e Pierre Curie descobriram que, quando certos cristais naturais eram comprimidos ou esticados, surgiam cargas elétricas nas bordas dos cristais. Os irmãos chamavam esse fenômeno de "piezoeletricidade" (a palavra grega "piezo" significa "pressionar"), e eles próprios chamavam esses cristais de cristais piezoelétricos.

Como se viu, os cristais de turmalina, quartzo e outros cristais naturais, bem como muitos cristais cultivados artificialmente, têm um efeito piezoelétrico. Esses cristais são regularmente adicionados à lista de cristais piezoelétricos já conhecidos.

Quando tal cristal piezoelétrico é esticado ou comprimido na direção desejada, cargas elétricas opostas com uma pequena diferença de potencial aparecem em algumas de suas superfícies.

Se colocarmos eletrodos conectados entre si nessas faces, no momento da compressão ou alongamento do cristal, um curto impulso elétrico aparecerá no circuito formado pelos eletrodos.Esta será a manifestação do efeito piezoelétrico... Com pressão constante, tal impulso não ocorrerá.

As propriedades inerentes a esses cristais possibilitam a produção de instrumentos precisos e sensíveis.

O cristal piezelétrico é altamente elástico. Quando a força é deformada, o cristal retorna ao seu volume e forma originais sem inércia. Vale a pena fazer um esforço novamente ou mudar o que já foi aplicado, e ele responderá imediatamente com um novo impulso de corrente. É o melhor registrador para alcançar vibrações mecânicas muito fracas. A corrente no circuito do cristal vibrante é pequena e isso foi um obstáculo durante a descoberta do efeito piezoelétrico pelos irmãos Curie.

Na tecnologia moderna, isso não é um obstáculo, porque a corrente pode ser amplificada milhões de vezes. Sabe-se agora que certos cristais têm um efeito piezoelétrico muito significativo. E a corrente obtida a partir deles pode ser transmitida por fios por longas distâncias, mesmo sem amplificação prévia.

Os cristais piezoelétricos têm sido usados ​​na detecção ultrassônica de defeitos para detectar defeitos em produtos metálicos. Em conversores eletromecânicos para estabilização de radiofrequência, em filtros de comunicação telefônica multicanal quando várias conversas são realizadas simultaneamente em um fio, em sensores de pressão e ganho, em adaptadores, em solda ultrassônica — em muitos campos técnicos, os cristais piezoelétricos assumiram sua posição inabalável.

Uma propriedade importante dos cristais piezelétricos também era um efeito piezoelétrico reverso... Se cargas de sinais opostos forem aplicadas a certas superfícies do cristal, os próprios cristais serão deformados neste caso.Se vibrações elétricas de uma frequência de áudio forem aplicadas a um cristal, ele começará a vibrar na mesma frequência e as ondas sonoras serão excitadas no ar circundante. Assim, o mesmo cristal pode atuar tanto como microfone quanto como alto-falante.

Outra característica dos cristais piezoelétricos os torna parte integrante da moderna tecnologia de rádio. Possuindo a frequência natural das vibrações mecânicas, o cristal começa a vibrar de forma particularmente forte no momento em que a frequência da tensão alternada aplicada coincide com ela.

Esta é uma manifestação de ressonância eletromecânica, com base na qual são criados estabilizadores piezoelétricos, devido aos quais uma frequência constante é mantida em geradores de oscilações contínuas.

Eles respondem de maneira semelhante às vibrações mecânicas cuja frequência corresponde à frequência de vibração natural do cristal piezoelétrico. Isso permite criar dispositivos acústicos que selecionam de todos os sons que os atingem apenas aqueles que são necessários para uma finalidade ou outra.

Cristais inteiros não são levados para dispositivos piezoelétricos. Os cristais são cortados em camadas estritamente orientadas em relação aos seus eixos cristalográficos, essas camadas são transformadas em placas retangulares ou circulares, que são polidas em um determinado tamanho. A espessura das placas é cuidadosamente mantida porque a frequência de ressonância das oscilações depende disso. Uma ou mais placas conectadas por camadas de metal em duas superfícies largas são chamadas de elementos piezoelétricos.