Um dos problemas da eletrônica e da engenharia elétrica modernas é a conversão da corrente elétrica em movimento mecânico e vice-versa. Ela surge devido à natureza diferente do movimento mecânico e da corrente elétrica. Existem várias abordagens para resolver esse problema, cada uma com sua própria classe de dispositivos. A técnica piezoelétrica é discutida a seguir.
A essência do efeito piezoelétrico e suas principais propriedades
Os primeiros relatórios sobre o efeito piezoelétrico foram publicados em 1880 na França pelos irmãos Curie. Eles descobriram que durante a deformação mecânica do quartzo e de alguns outros materiais cristalinos por pressão, compressão, alongamento e torção, uma carga elétrica aparece nele. Os autores da descoberta chamaram essas cargas de piezoeletricidade da palavra grega "esmagamento". Assim, os materiais que possuem essa propriedade foram atribuídos por eles ao grupo dos piezoelétricos.
Uma qualidade notável do efeito piezoelétrico é sua reversibilidade, conforme ilustrado na Figura 1. Em outras palavras, qualquer material piezoelétrico não apenas cria uma carga elétrica sob pressão, mas também começa a mudar seu volume quando em um campo elétrico.
Dispositivos piezoelétricos são amplamente utilizados na tecnologia moderna. Isso é facilitado por:
- baixo custo, prevalência e facilidade de processamento de materiais piezoelétricos;
- boa estabilidade de suas características elétricas e mecânicas ao longo do tempo.
Não é de pouca importância o fato de que a magnitude da carga em si e dos deslocamentos mecânicos em alguns casos, eles são suficientes para seu uso direto sem o envolvimento de amplificadores adicionais.
Algumas áreas de aplicação
Aqui estão apenas alguns exemplos de tecnologia piezoelétrica para uso em massa.
O isqueiro piezo portátil começou a ser vendido em massa nos anos 70. século passado. A eletricidade que aparece no cristal quando você pressiona a tecla vai para os eletrodos, entre os quais, ao serem descarregados, uma faísca salta e acende o gás. Atualmente, os fogões a gás de modelos médios e mais antigos são equipados com elementos embutidos, Figura 2.
O filtro piezoelétrico é popular em eletrônica devido ao fato de que, como sistema mecânico, um cristal piezoelétrico possui uma figura de mérito vibracional muito alta. Como resultado, ele pode reduzir significativamente a largura de banda de filtragem e separar efetivamente os sinais uns dos outros.
O sonar usa um cristal como emissor de ondas acústicas sonoras e um receptor de sinal, refletido de qualquer obstáculo subaquático (fundo, peixe, madeira flutuante, submarino, etc.), figura 3.
Micromovimentos de elementos de focalização de câmeras de televisão, interruptores eletrônicos-mecânicos de sinais ópticos e outros elementos. Vantajoso porque eles criam movimento linear diretamente sem transformação intermediária de rotação.
Campainhas de celular que vibram uma chamada no modo silencioso.
Cabeças Piezo para impressoras jato de tinta para controlar o processo de aplicação de tinta no papel.