Cos'è l'effetto piezoelettrico
Alcuni materiali hanno la capacità di produrre elettricità se sottoposti a sollecitazioni meccaniche. Questo è chiamato effetto piezoelettrico. Questo stress può essere causato colpendo o torcendo il materiale quanto basta per deformare il suo reticolo cristallino senza romperlo. L'effetto funziona anche in modo opposto, con il materiale che si deforma leggermente quando viene applicata una piccola corrente elettrica. La piezoelettricità è stata scoperta più di cento anni fa e ha molte applicazioni oggi. Viene utilizzato in orologi elettronici, forni a gas, stampanti a getto d'inchiostro e molti altri apparecchi. Viene utilizzato anche in strumenti scientifici che richiedono movimenti estremamente precisi, come i microscopi.
Storia
Pierre Curie e Jacques Curie, due fisici francesi che erano anche fratelli, scoprirono per la prima volta l'effetto piezoelettrico nel 1880. Pierre Curie avrebbe in seguito condiviso il premio Nobel con sua moglie, Marie Curie e Henri Becquerel per il loro lavoro sulle radiazioni. I fratelli Curie hanno scoperto solo che i materiali piezoelettrici possono produrre elettricità, non che l'elettricità può deformarli. L'anno successivo, Gabriel Lippmann scoprì questo effetto inverso. Nonostante queste scoperte entusiasmanti, non è stato fino all'inizio del ventesimo secolo che hanno cominciato a comparire dispositivi pratici. Oggi è noto che molti materiali come quarzo, topazio, zucchero di canna, sale di Rochelle hanno questo effetto.
Come funziona l'effetto piezoelettrico
L'effetto piezoelettrico si verifica quando l'equilibrio di carica all'interno del reticolo cristallino di un materiale è disturbato. Quando non c'è stress applicato sul materiale, le cariche positive e negative sono distribuite uniformemente, quindi non c'è differenza di potenziale.
Quando il reticolo viene leggermente modificato, lo squilibrio di carica crea una differenza di potenziale, spesso fino a diverse migliaia di volt. Tuttavia, la corrente è estremamente ridotta e provoca solo una piccola scossa elettrica. L'effetto piezoelettrico inverso si verifica quando il campo elettrostatico creato da una corrente elettrica fa muovere leggermente gli atomi nel materiale.
Applicazioni
Piccoli cristalli piezoelettrici possono produrre una tensione sufficiente per creare una scintilla abbastanza grande da accendere il gas. Questi accenditori sono utilizzati in molti apparecchi alimentati a gas come forni, grill, riscaldatori per ambienti e scaldabagni. Sono anche abbastanza piccoli da stare all'interno degli accendini, anche se la maggior parte degli accendini usa ancora la pietra focaia perché costa meno e solo gli accendini più costosi usano accenditori piezoelettrici. Sebbene ci siano stati molti tentativi di generare elettricità dall'effetto, si è dimostrato poco pratico su larga scala.
I cristalli piezoelettrici sono utilizzati negli orologi e negli orologi elettronici per mantenere l'ora e fornire il rumore della sveglia. Sono anche chiamati orologi al quarzo perché il cristallo che usano è spesso fatto di quarzo. Ha una frequenza naturale ideale per creare le oscillazioni necessarie per mantenere l'ora esatta. Gli orologi al quarzo sono anche usati per organizzare il flusso di dati nei computer. I dischi in materiale piezoelettrico vengono utilizzati anche per creare altoparlanti sottili che si adattano agli orologi da polso.
I trasduttori sonar applicano un impulso elettrico a un cristallo piezoelettrico per creare un'onda di pressione, quindi producono una corrente quando l'onda riflessa deforma il cristallo.
L'intervallo di tempo tra le due correnti viene utilizzato per calcolare la distanza di un oggetto. Le stampanti a getto d'inchiostro industriali utilizzano l'effetto piezoelettrico inverso per spostare l'inchiostro attraverso le centinaia di ugelli nelle loro testine di stampa. Una corrente elettrica fa piegare un minuscolo cristallo in ciascun ugello, creando un impulso di pressione che espelle l'inchiostro. L'inchiostro viene aspirato nell'ugello quando la corrente si interrompe e il cristallo si rilassa.
Oggi i materiali piezoelettrici trovano applicazione pratica in molte situazioni della vita quotidiana, oltre che nei settori industriale, della ricerca e militare.
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ultimo aggiornamento: 16 Agosto 2021