L'efecte piezoelèctric i la seva aplicació en tecnologia
El 1880, els germans Jacques i Pierre Curie van descobrir que quan determinats cristalls naturals eren comprimits o estirats, les càrregues elèctriques sorgien a les vores dels cristalls. Els germans van anomenar aquest fenomen "piezoelectricitat" (la paraula grega "piezo" significa "premer"), i ells mateixos van anomenar aquests cristalls cristalls piezoelèctrics.
Com va resultar, els cristalls de turmalina, el quars i altres cristalls naturals, així com molts cristalls cultivats artificialment, tenen un efecte piezoelèctric. Aquests cristalls s'afegeixen regularment a la llista de cristalls piezoelèctrics ja coneguts.
Quan aquest cristall piezoelèctric s'estira o es comprimeix en la direcció desitjada, apareixen càrregues elèctriques oposades amb una petita diferència de potencial en algunes de les seves superfícies.
Si col·loquem elèctrodes connectats entre ells en aquestes cares, aleshores en el moment de la compressió o estirament del cristall, apareixerà un curt impuls elèctric al circuit format pels elèctrodes.Aquesta serà la manifestació de l'efecte piezoelèctric... A pressió constant, aquest impuls no es produirà.
Les propietats inherents d'aquests cristalls permeten produir instruments precisos i sensibles.
El cristall piezoelèctric és molt elàstic. Quan la força es deforma, el cristall torna al seu volum i forma originals sense inèrcia. Val la pena tornar a fer un esforç o canviar el que ja s'ha aplicat, i de seguida respondrà amb un nou impuls actual. És la millor gravadora per assolir vibracions mecàniques molt febles. El corrent al circuit del cristall vibrant és petit i això va ser un obstacle durant el descobriment de l'efecte piezoelèctric pels germans Curie.
En la tecnologia moderna, això no és un obstacle, perquè el corrent es pot amplificar milions de vegades. Ara se sap que certs cristalls tenen un efecte piezoelèctric molt important. I el corrent obtingut d'ells es pot transmetre per cables a llargues distàncies, fins i tot sense amplificació prèvia.
Els cristalls piezoelèctrics s'han utilitzat en la detecció de defectes per ultrasons per detectar defectes en productes metàl·lics. En els convertidors electromecànics per a l'estabilització de radiofreqüència, en els filtres de comunicació telefònica multicanal quan es duen a terme diverses converses simultàniament en un cable, en sensors de pressió i guany, en adaptadors, a soldadura per ultrasons — en molts camps tècnics, els cristalls piezoelèctrics han pres la seva posició inamovible.
Una propietat important dels cristalls piezoelèctrics també era un efecte piezoelèctric invers... Si s'apliquen càrregues de signes oposats a determinades superfícies del cristall, els propis cristalls es deformaran en aquest cas.Si s'apliquen vibracions elèctriques d'una freqüència d'àudio a un cristall, aquest començarà a vibrar a la mateixa freqüència i les ones sonores s'excitaran a l'aire circumdant. Així, el mateix cristall pot actuar com a micròfon i altaveu.
Una altra característica dels cristalls piezoelèctrics els fa una part integral de la tecnologia de ràdio moderna. Posseint la freqüència natural de les vibracions mecàniques, el cristall comença a vibrar especialment fortament en el moment en què la freqüència de la tensió alterna aplicada coincideix amb ella.
Aquesta és una manifestació de la ressonància electromecànica, a partir de la qual es creen estabilitzadors piezoelèctrics, a causa dels quals es manté una freqüència constant en generadors d'oscil·lacions contínues.
Responen de manera similar a les vibracions mecàniques la freqüència de les quals coincideix amb la freqüència de vibració natural del cristall piezoelèctric. Això us permet crear dispositius acústics que seleccionen entre tots els sons que els arriben només aquells que són necessaris per a un propòsit o un altre.
Els cristalls sencers no es prenen per a dispositius piezoelèctrics. Els cristalls es tallen en capes estrictament orientades respecte als seus eixos cristal·logràfics, aquestes capes es fan plaques rectangulars o circulars, que després es polien a una mida determinada. El gruix de les plaques es manté acuradament perquè la freqüència de ressonància de les oscil·lacions en depèn. Una o més plaques connectades per capes metàl·liques sobre dues superfícies àmplies s'anomenen elements piezoelèctrics.