Uno de los problemas de la electrónica y la ingeniería eléctrica modernas es la conversión de corriente eléctrica en movimiento mecánico y viceversa. Surge debido a la diferente naturaleza del movimiento mecánico y la corriente eléctrica. Existen varios enfoques para resolver este problema, cada uno con su propia clase de dispositivos. La técnica piezoeléctrica se analiza a continuación.
La esencia del efecto piezoeléctrico y sus principales propiedades.
Los primeros informes sobre el efecto piezoeléctrico fueron publicados en 1880 en Francia por los hermanos Curie. Descubrieron que la deformación mecánica del cuarzo y algunos otros materiales cristalinos por presión, compresión, estiramiento y torsión crea una carga eléctrica sobre él. Los autores del descubrimiento llamaron a tales cargas piezoelectricidad de la palabra griega "aplastar". En consecuencia, los materiales con tal propiedad fueron asignados por ellos al grupo de piezoeléctricos.
Una característica notable del efecto piezoeléctrico es su reversibilidad, como se ilustra en la Figura 1. En otras palabras, cualquier material piezoeléctrico no solo crea una carga eléctrica a presión, sino que también comienza a cambiar su volumen cuando se encuentra en un campo eléctrico.
Los dispositivos piezoeléctricos están muy extendidos en la tecnología moderna. Esto se ve facilitado por:
- baratura, prevalencia y facilidad de procesamiento de materiales piezoeléctricos;
- buena estabilidad de sus características eléctricas y mecánicas en el tiempo.
No es de poca importancia el hecho de que la magnitud tanto de la carga en sí como de los desplazamientos mecánicos en algunos casos, son suficientes para su uso directo sin la participación de amplificadores adicionales.
Algunas áreas de aplicación
A continuación, presentamos algunos ejemplos de tecnología piezoeléctrica para uso masivo.
El encendedor piezoeléctrico de mano salió a la venta en masa en los años 70. siglo pasado. La electricidad que aparece en el cristal al presionar la tecla va hacia los electrodos, entre los cuales, durante la descarga, salta una chispa y enciende el gas. Actualmente, las estufas de gas de los modelos medios y antiguos están equipadas con elementos incorporados, Figura 2.
El filtro piezoeléctrico es popular en la electrónica debido al hecho de que, como sistema mecánico, un cristal piezoeléctrico tiene una figura de mérito vibratoria muy alta. Como resultado, puede reducir significativamente el ancho de banda del filtro y separar efectivamente las señales entre sí.
El sonar utiliza un cristal como emisor de ondas acústicas y un receptor de señal, reflejado desde cualquier obstáculo submarino (fondo, peces, madera flotante, submarino, etc.), imagen 3.
Micromovimientos de elementos de enfoque de cámaras de televisión, conmutadores electrónico-mecánicos de señales ópticas y otros elementos. Ventajoso porque crean movimiento lineal directamente sin transformación intermedia de rotatorio.
Zumbadores de teléfonos móviles que hacen vibrar una llamada en modo silencioso.
Cabezales piezoeléctricos para impresoras de inyección de tinta para controlar el proceso de aplicación de tinta al papel.