Piezoelectricidad.
Presionando sobre las caras de algunos cristales se puede lograr una diferencia de potencial entre ellas. Ese voltaje es el que hace saltar las chispas entre los terminales de dos cables eléctricos aproximándolos entre si y manteniendo unidos los otros extremos a las caras. ¿Recuerdas el clic-clac de los encendedores y la chispa que salta entre las puntas?
Nosotros hemos desarmado un mechero. Teoría:
La propiedad de la piezoelectricidad fue observada por primera vez por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresión del cuarzo. Al someterlo a la acción mecánica de la compresión, las cargas de la materia se separan y esto da lugar a una polarización de la carga. Esta polarización es la causante de que salten las chispas. Para que la materia presente la propiedad de la piezoelectricidad debe cristalizar en sistemas que no tengan centro de simetría (que posean disimetría) y por lo tanto que tengan un eje polar. De las 32 clases cristalinas, 21 no tienen centro de simetría. Todas estas clases menos una tienen la propiedad piezoeléctrica en mayor o menor medida. Los gases, los líquidos y los sólidos con simetría no poseen piezoelectricidad. Si se ejerce una presión en los extremos del eje polar, se produce polarización: un flujo de electrones va hacia un extremo y produce en él una carga negativa, mientras que en el extremo opuesto se induceuna carga positiva. El alto voltaje obtenido, que es necesarion para que salte la chispa, es mayor si se utilizan láminas de cristal estrechas y de gran superficie. Las láminas
estrechas se cortan de manera que el eje polar cruce perpendicularmente a dichas caras. La corriente generada es proporcional al área de la placa y a la rapidez de la variación de la presión aplicada perpendicularmente a la superficie de la placa (dF/ dt es la rapidez del clic-clac). Otra aplicación importante de la piezoelectricidad es la que resulta por cumplirse la propiedad inversa: Si sometemos la placa de material piezoeléctrico a una tensión variable, se comprime y se relaja oscilando a los impulsos de una señal eléctrica. Si esta placa está en contacto con un fluido le transmite sus vibraciones y produce ultrasonidos. La primera aplicación práctica de la piezoelectricidad, que surge de la cualidad de transformar una señal mecánica (la presión) en una señal eléctrica (corriente eléctrica ), es la del sonar. Al final de la primera guerra mundial se descubrió que las ondas sonoras producidas por los submarinos podían ser detectadas por un trozo de cuarzo sumergido en el agua, en el que se medían las corrientes generadas pudiéndose detectar de qué dirección venía el sonido. El sonar consta de una sonda (piezoeléctrico) que es un transductor, es decir, funciona con las dos propiedades: y
y
emite vibraciones que producen ondas ultrasónicas en el agua en la dirección del eje polar, recibe su eco.
El emisor se mueve para que la onda emitida barra el espacio hasta localizar la dirección en que se encuentra el obstáculo.El eco recibido golpea el cristal piezoeléctrico y produce una corriente eléctrica. La distancia a que se encuentra el obstáculo que reemite un eco, se obtiene aplicando los cálculos derivados de la teoría del efecto Doopler. Aplicaciones del efecto piezoeléctrico
Cuando vas al médico y te hacen una ecografía (estudio por imagen de estructuras profundas basado en la reflexión de ondas ultrasónicas), están usando el mismo principio piezoeléctrico. Pulsa aquí para ver como funciona. Una laminilla de cuarzo se deforma mecánicamente y vibra cuando la colocamos en un campo eléctrico oscilante.
Sal de la Rochelle
La sal de la Rochelle también es llamada la sal de Pierre Seignette, nombre de un farmacéutico de la Rochelle que la sintetizó en 1675. La composición química es la de un tartrato de sodio y potasio: KNa (C 4 H 4 O 6) · 4H 2 O Es una sal soluble en agua y ligeramente soluble en alcohol que posee la propiedad de la doble refracción (como el espato de Islandia). Es uno de los componentes del licor de Fehling que se usa para comprobar el poder reductor de los azúcares.
Tiene la propiedad piezoeléctrica.. Preparamos una disolución del tartrato sódico- potásico disolviendo el producto comercial (unos cristales diminutos) en agua. Obtenemos una disolución incolora que vertemos filtrándola en un cristalizador. La dejamos en reposo y semitapada para ralentizar la evaporación y al cabo de varios días aparece un cristal que crece poco a poco hasta formar un cristal precioso y grande.
. Vamos a prepararlo para trata de comprobar sus cualidades piezoeléctricas: El cristal que obtuvimos tenía una hendidura por la mitad y decidimos partirlo en dos antes de pulirlo y darle una forma rectangular para que cuando lo golpeemos soporte mejor el impacto y también para que los contactos de plomo, en los que conectaremos los cables, ajusten lo mejor posible contra las caras.
El cristal quedó partido en dos
Lijamos las caras con lija fina de metales. .
Hasta obtener este hermoso cristal.
Tenemos el cristal, pero no sabemos cuales son los ejes cristalográficos para saber sobre que cara presionar. No conocemos su eje polar. ¿Puede algún geólogo enseñarnos como poder conocer su eje polar por un método sencillo?.
Un piezoeléctrico hecho con la sal de la Rochelle.
Partiendo del cristal de la sal de la Rochelle que hemos fabricado, construimos un montaje para probar que en este cristal, cuando es sometido a percusión, se origina una diferencia de potencial entre sus caras. Sabemos que la sal de la Rochelle es una de las sustancias que manifiesta piezolectricidad y sus cristales son fáciles de obtener. Para hacer la experiencia utilizamos los siguientes materiales:
: Hacemos una base de madera y encajamos el cristal entre dos tacos de madera con dos láminas de plomo haciendo unas cuñas con palillos para lograr un contacto mayor. Las láminas de plomo son metálicas (conductoras) y son blandas. Conectamos los terminales del polímetro a las lá minas de plomo. Atornillamos un fleje metálico orientado en la dirección del cristal para golpearlo. Desplazamos el fleje metálico hacia arriba y soltamos para que golpee el cristal. Cambiamos las caras del cristal para ver si se produce el fenómeno de piezoelectricidad y... A pesar de cambiar de cara y de orientación no logramos producir corriente.Como no conocemos cual es su eje polar, no sabemos donde golpear. El cristal termina rompiéndose en dos mitades.
Con las partes del cristal roto hacemos p equeños prismas lijando con distintas orientaciones en cada trozo. Sujetamos con unas pinzas plásticas las láminas de plomo contra el cristal y golpeamos con el fleje sujeto entre los dedos, mientras mantenemos conectado el polímetro a las barras de plomo, en su escala de máxima sensibilidad.
La pinza metálica se puede usar si se aisla del plomo.
Lo hemos intentado con los pequeños cristales lijados en distintas orientaciones, golpeándolos poniendo sus caras en distintas posiciones y no hemos obtenido señal. Pero si sabemos que el mechero que compramos por muy poco dinero si funcionaba perfectamente. Hemos golpeado directamente sobre las barras de plomo para ver si esa cara apoyada en ellas era la que creaba la diferencia de potencial al impacto. No hemos logrado nada. ¡Sólo se aprenden bien las cosas cuando se hacen!
