Piezoelectricidad para niños
La piezoelectricidad es un fenómeno fascinante que ocurre en ciertos cristales. La palabra viene del griego piezo, que significa "estrujar o apretar". Imagina que aprietas o estiras uno de estos cristales. ¡Sorpresa! Al hacerlo, el cristal produce una pequeña corriente eléctrica o un voltaje en su superficie. Es como si el cristal se convirtiera en una pequeña batería cuando lo presionas.
Pero la magia no termina ahí. Este fenómeno también funciona al revés. Si aplicas electricidad a uno de estos cristales, ¡se deforma! Es decir, cambia un poquito su forma. Lo bueno es que, por lo general, este efecto es reversible. Cuando dejas de aplicar la electricidad o de apretar el cristal, este vuelve a su forma original.
Los materiales piezoeléctricos pueden ser cristales que se encuentran en la naturaleza o que se fabrican en laboratorios. Lo especial de ellos es que no tienen un centro de simetría perfecto. Cuando los aprietas o los cortas, las cargas eléctricas positivas y negativas dentro del material se separan. Esto crea pequeños "polos" eléctricos, como los de un imán, y aparecen cargas opuestas en las superficies del cristal.
Contenido
¿Quién descubrió la piezoelectricidad?
En 1881, dos hermanos científicos, Pierre y Jacques Curie, fueron los primeros en observar y estudiar la piezoelectricidad. Lo hicieron mientras investigaban el cuarzo. Se dieron cuenta de que al apretar el cuarzo, las cargas eléctricas se separaban y esto podía generar una chispa.
Para que un material sea piezoeléctrico, sus cristales deben tener una forma especial, sin un centro de simetría. De los 32 tipos de formas cristalinas que existen, 20 pueden mostrar este efecto. Los gases, líquidos y los sólidos con mucha simetría no tienen piezoelectricidad.
Cuando se aplica presión en los extremos de un cristal piezoeléctrico, los electrónes se mueven hacia un lado, creando una carga negativa, mientras que el otro extremo se vuelve positivo. Si usas láminas delgadas y grandes de cristal, puedes obtener un voltaje más alto. La cantidad de corriente que se genera depende del tamaño de la lámina y de qué tan rápido cambie la presión que se le aplica.
¿Cómo se usa la piezoelectricidad?
La piezoelectricidad tiene muchas aplicaciones interesantes en nuestra vida diaria:
Encendedores eléctricos
Uno de los usos más comunes es en los encendedores eléctricos. Dentro de ellos hay un pequeño cristal piezoeléctrico. Cuando presionas el botón, un mecanismo golpea el cristal. Este golpe rápido genera una chispa eléctrica que enciende el gas.
Sensores de vibración
Los cristales piezoeléctricos son excelentes para detectar vibraciones. Cada vez que una vibración los presiona, producen un pequeño pulso de corriente. Esto es útil en muchos aparatos. Por ejemplo, en las pastillas de algunas guitarras eléctricas, que transforman las vibraciones de las cuerdas en una señal eléctrica que luego se amplifica.
Inyectores de combustible
En los motores de los coches, se usan inyectores que tienen materiales piezoeléctricos. Cuando se les aplica electricidad, estos materiales se deforman y abren el inyector. Esto permite que el combustible entre en el motor con mucha precisión. Gracias a esto, los motores pueden ser más eficientes y consumir menos combustible.
Sónar
Una de las primeras aplicaciones importantes de la piezoelectricidad fue en el sónar. Al final de la Primera Guerra Mundial, se descubrió que un trozo de cuarzo sumergido en el agua podía detectar las ondas sonoras de los submarinos.
Un sónar funciona así:
- Emite vibraciones que producen ondas de ultrasonido en el agua.
- Estas ondas viajan hasta que chocan con un objeto, como un submarino, y regresan como un "eco".
- El eco golpea el cristal piezoeléctrico, que lo convierte en una corriente eléctrica.
- Con esta información, se puede calcular la distancia a la que se encuentra el objeto.
Otros usos comunes
- Altavoces pequeños (tweeters): Ayudan a producir sonidos agudos.
- Cápsulas de tocadiscos: Convierten las vibraciones del disco en sonido.
- Encendido electrónico: Para calentadores y estufas de gas.
- Transductores ultrasónicos: Como los que se usan en los ecógrafos para ver imágenes del interior del cuerpo.
- Destartradores odontológicos: Herramientas que usan ultrasonido para limpiar el sarro de los dientes.
Tipos de materiales piezoeléctricos
Existen dos grandes grupos de materiales que muestran piezoelectricidad:
- Materiales naturales: Como el cuarzo y la turmalina.
- Materiales fabricados: Como el tantalato de litio, el nitrato de litio y algunas cerámicas especiales. Estos materiales se pueden "polarizar" para que adquieran propiedades piezoeléctricas.
Galería de imágenes
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Un disco piezoeléctrico genera un voltaje cuando se deforma.
Véase también
En inglés: Piezoelectricity Facts for Kids
