Piezoelectricidad Por: Jose Sepúlveda Basaez Correo: Fono: 032-2583445.

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1 piezoelectricidad Por: Jose Sepúlveda Basaez Correo: jecheposb@hotmail.com jecheposb@hotmail.com Twitter: @jechepo Fono: 032-2583445

2 Concepto: La piezoelectricidad (del griego piezein, "estrujar o apretar") es un fenómeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Este fenómeno también se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma. La piezoelectricidad (del griego piezein, "estrujar o apretar") es un fenómeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Este fenómeno también se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma.griego cristalespolarización eléctricadiferencia de potencialcampo eléctricogriego cristalespolarización eléctricadiferencia de potencialcampo eléctrico

3 Los materiales piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos que no poseen centro de simetría. El efecto de una compresión o de un cizallamiento consiste en disociar los centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas. Aparecen de este modo dipolos elementales en la masa y, por influencia, cargas de signo opuesto en las superficies enfrentadas Los materiales piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos que no poseen centro de simetría. El efecto de una compresión o de un cizallamiento consiste en disociar los centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas. Aparecen de este modo dipolos elementales en la masa y, por influencia, cargas de signo opuesto en las superficies enfrentadasmateriales piezoeléctricoscentros de gravedaddipolosmateriales piezoeléctricoscentros de gravedaddipolos

4 Pueden distinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carácter piezoeléctrico de forma natural (cuarzo, turmalina) y los llamados ferroeléctricos, que presentan propiedades piezoeléctricas tras ser sometidos a una polarización (tantalio de litio, nitrato de litio, bernilita en forma de materiales monocristalinos y cerámicas o polímeros polares bajo forma de microcristales orientados). Pueden distinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carácter piezoeléctrico de forma natural (cuarzo, turmalina) y los llamados ferroeléctricos, que presentan propiedades piezoeléctricas tras ser sometidos a una polarización (tantalio de litio, nitrato de litio, bernilita en forma de materiales monocristalinos y cerámicas o polímeros polares bajo forma de microcristales orientados).cuarzoturmalina ferroeléctricostantalio de litionitrato de litio bernilitacerámicaspolímeroscuarzoturmalina ferroeléctricostantalio de litionitrato de litio bernilitacerámicaspolímeros

5 Clases de cristales Dentro de los 32 grupos cristalográficos existen 21 que no tienen un centro de simetría, y de estos, unos 20 exhiben directamente piezoelectricidad (la número 21 es la clase cúbica 432). Diez de estos son polares, es decir, presentan polarización instantánea debido a que contienen un dipolo eléctrico en su celda unidad, y el material exhibe piroelectricidad, de entre estos algunos son además ferroeléctricos cuando este dipolo puede invertirse la dirección del dipolo mediante la aplicación de un campo eléctrico. Las clases cristalográficas son: Dentro de los 32 grupos cristalográficos existen 21 que no tienen un centro de simetría, y de estos, unos 20 exhiben directamente piezoelectricidad (la número 21 es la clase cúbica 432). Diez de estos son polares, es decir, presentan polarización instantánea debido a que contienen un dipolo eléctrico en su celda unidad, y el material exhibe piroelectricidad, de entre estos algunos son además ferroeléctricos cuando este dipolo puede invertirse la dirección del dipolo mediante la aplicación de un campo eléctrico. Las clases cristalográficas son:dipolo eléctricocelda unidadpiroelectricidadferroeléctricosdipolo eléctricocelda unidadpiroelectricidadferroeléctricos Clases cristalográficas piezoeléctricas: 1, 2, m, 222, mm2, 4, -4, 422, 4mm, -42m, 3, 32, 3m, 6, -6, 622, 6mm, -62m, 23, -43m. Clases cristalográficas piezoeléctricas: 1, 2, m, 222, mm2, 4, -4, 422, 4mm, -42m, 3, 32, 3m, 6, -6, 622, 6mm, -62m, 23, -43m. Clases cristalográficas piroeléctricas: 1, 2, m, mm2, 4, 4mm, 3, 3m, 6, 6mm. Clases cristalográficas piroeléctricas: 1, 2, m, mm2, 4, 4mm, 3, 3m, 6, 6mm.

6 Ecuaciones: Las ecuaciones constitutivas de los materiales piezoeléctricos combinan tensiones, deformaciones y comportamiento eléctrico: Las ecuaciones constitutivas de los materiales piezoeléctricos combinan tensiones, deformaciones y comportamiento eléctrico:tensionesdeformaciones comportamiento eléctricotensionesdeformaciones comportamiento eléctrico donde D es el desplazamiento eléctrico, e es la permitividad y E es el campo eléctrico: donde D es el desplazamiento eléctrico, e es la permitividad y E es el campo eléctrico:desplazamiento eléctrico permitividadcampo eléctricodesplazamiento eléctrico permitividadcampo eléctrico donde S es la deformación y T es la tensión. donde S es la deformación y T es la tensión.deformacióntensióndeformacióntensión Estas ecuaciones pueden combinarse en una ecuación que considera la relación entre carga y deformación: Estas ecuaciones pueden combinarse en una ecuación que considera la relación entre carga y deformación: donde d representa las constantes piezoeléctricas del material, y el superíndice E indica que la magnitud está medida bajo campo eléctrico constante o cero, y el superíndice t señala que se trata de una forma traspuesta de matriz. donde d representa las constantes piezoeléctricas del material, y el superíndice E indica que la magnitud está medida bajo campo eléctrico constante o cero, y el superíndice t señala que se trata de una forma traspuesta de matriz.

7 Aplicaciones: Actuadores. Actuadores. Actuadores Altavoces de agudos (Tweeters), pequeños altavoces. Altavoces de agudos (Tweeters), pequeños altavoces.Tweeters Cápsula (Pick-up) de tocadiscos. Cápsula (Pick-up) de tocadiscos. Encendido electrónico de calefons y estufas a gas. Encendido electrónico de calefons y estufas a gas. Encendedores o mecheros eléctricos. Encendedores o mecheros eléctricos. Filtros SAW. Filtros SAW. Hidrófonos (Geofísica). Hidrófonos (Geofísica). Líneas de retardo. Líneas de retardo. Motores piezoeléctricos. Motores piezoeléctricos. Sensores de vibración en guitarras eléctricas. Sensores de vibración en guitarras eléctricas. Sensores de vibraciónguitarras eléctricas Sensores de vibraciónguitarras eléctricas Recarga automática de baterías para teléfonos móviles y computadoras portátiles. Recarga automática de baterías para teléfonos móviles y computadoras portátiles. Reguladores de presión proporcional neumáticos. Reguladores de presión proporcional neumáticos. Reloj de cuarzo. Reloj de cuarzo. Reloj de cuarzo Reloj de cuarzo Sensores. Sensores. Transductores ultrasónicos (como los cabezales de los ecógrafos). Transductores ultrasónicos (como los cabezales de los ecógrafos). Transformador Piezoeléctrico. Transformador Piezoeléctrico. Transformador Piezoeléctrico Transformador Piezoeléctrico

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17 árbol artificial con dos funciones: generar electricidad y juntar agua de lluvia. Diseñados por Anthony DiMari, estos arbolitos serán colocados formando un pequeño bosque artificial y usarán la piezoelectricidad para generar energía. El proyecto se conoce como Urban Field y también es capaz de generar energía eólica. árbol artificial con dos funciones: generar electricidad y juntar agua de lluvia. Diseñados por Anthony DiMari, estos arbolitos serán colocados formando un pequeño bosque artificial y usarán la piezoelectricidad para generar energía. El proyecto se conoce como Urban Field y también es capaz de generar energía eólica.

18 Piroelectricidad: La piroelectricidad es el cambio en la polarización de un material sometido a cambios de temperatura. Este tipo de fenómenos se observa en materiales dieléctricos que contienen polarizaciones espontáneas producidas por dipolos orientados. La piroelectricidad es el cambio en la polarización de un material sometido a cambios de temperatura. Este tipo de fenómenos se observa en materiales dieléctricos que contienen polarizaciones espontáneas producidas por dipolos orientados. Estos efectos han sido conocidos por el hombre desde hace muchos años, recibió este nombre de D. Brewster en 1824. Pero la investigación de la piroelectricidad en polímeros es relativamente nueva pues data de mediados del siglo XX, sin embargo los resultados iniciales fueron pobres y no atractivos a nivel comercial. Grandes adelantos ocurrieron en 1971, con el descubrimiento de los efectos piroeléctricos en el fluoruro de polivinilideno PVDF por J.B. Bergman, J.H. y solamente después de que el Dr. H. Kawai descubrió la piezoelectricidad en el mismo material. Estos efectos han sido conocidos por el hombre desde hace muchos años, recibió este nombre de D. Brewster en 1824. Pero la investigación de la piroelectricidad en polímeros es relativamente nueva pues data de mediados del siglo XX, sin embargo los resultados iniciales fueron pobres y no atractivos a nivel comercial. Grandes adelantos ocurrieron en 1971, con el descubrimiento de los efectos piroeléctricos en el fluoruro de polivinilideno PVDF por J.B. Bergman, J.H. y solamente después de que el Dr. H. Kawai descubrió la piezoelectricidad en el mismo material. Cualquier polímero amorfo puede ser piroeléctrico Cualquier polímero amorfo puede ser piroeléctrico

19 piroelectricidad

20 Termoelectricidad: Este forma de generación de electricidad ocurre cuando al unir dos metales diferentes y someternos a temperaturas distintas en las uniones, se produce una corriente eléctrica, que es proporcional al gradiente de temperatura entre las zonas mencionadas. A este fenómeno se le conoce como efecto El efecto Seebeck. y es la base con la que funcionan algunos instrumentos como los termopares, aunque se usa poco para fines de generación de potencia (no tengo ni idea de una planta generadora en el mundo que use este sistema). Pero si existen refrigeradores especiales que usan un fenómeno complementario llamado efecto Peltier en donde esta unión bimetálica al ser sometida a una corriente eléctrica se vuelve una bomba de calor. Este forma de generación de electricidad ocurre cuando al unir dos metales diferentes y someternos a temperaturas distintas en las uniones, se produce una corriente eléctrica, que es proporcional al gradiente de temperatura entre las zonas mencionadas. A este fenómeno se le conoce como efecto El efecto Seebeck. y es la base con la que funcionan algunos instrumentos como los termopares, aunque se usa poco para fines de generación de potencia (no tengo ni idea de una planta generadora en el mundo que use este sistema). Pero si existen refrigeradores especiales que usan un fenómeno complementario llamado efecto Peltier en donde esta unión bimetálica al ser sometida a una corriente eléctrica se vuelve una bomba de calor.El efecto Seebeckefecto PeltierEl efecto Seebeckefecto Peltier

21 termoelectricidad

22 Conclusión: Cualquier movimiento mecánico puede producir electricidad gracias al fenómeno de la piezoelectricidad. Cualquier movimiento mecánico puede producir electricidad gracias al fenómeno de la piezoelectricidad. Todo medio contribuye a la generación de electricidad sin alterar el entorno. Todo medio contribuye a la generación de electricidad sin alterar el entorno. La autosuficiencia eléctrica residencial es posible. La autosuficiencia eléctrica residencial es posible. La actividad humana y animal normal permite la generación de electricidad. La actividad humana y animal normal permite la generación de electricidad. Se pueden aprovechar energías liberadas de nuestra propia naturaleza a favor de la generación. Se pueden aprovechar energías liberadas de nuestra propia naturaleza a favor de la generación. Solo falta VOLUNTAD. Solo falta VOLUNTAD.

23 Fin presentación Fin presentación