Piezoelétrico

Um pouco de história

A primeira demonstração experimental de uma ligação entre os fenómenos piezoelétricos macroscópicos e a estrutura cristalográfica foi publicada em 1880, por Pierre e Jacques Curie.

A sua experiência consistiu na medição de cargas superficiais que aparecem em cristais especialmente preparados (turmalina, quartzo, topázio, sal de Rochelle, entre outros), quando são submetidos a esforço mecânico.

Figura 1
Figura 1 - Pierre e Jacques Curie.

Estes resultados evidenciaram a criatividade e a perseverança dos irmãos Curies, uma vez que foram obtidos com materiais simples como papel de alumínio, cola, arame, ímanes e serra de um joalheiro. Nos círculos científicos da época, este feito foi considerado uma grande “descoberta”, e foi rapidamente apelidado como “piezoeletricidade”, para o distinguir de outras áreas experimentais científicas, como a “eletricidade estática” e a “piroeletricidade” (eletricidade gerada a partir de cristais, por aquecimento).

Após (e apenas) dois anos de trabalho interativo dentro da comunidade científica europeia, foi estabelecido o núcleo da ciência e aplicações piezoelétricas: a identificação de cristais piezoelétricos, com base na estrutura de cristal assimétrico, a troca reversível de energia elétrica e mecânica e a utilidade da termodinâmica na quantificação das complexas relações entre as variáveis mecânicas, térmicas e elétricas.

Nos aproximadamente 25 anos seguintes (até cerca de 1910), foi desenvolvido intenso trabalho nesta área do conhecimento, durante o qual se definiu completamente as 20 classes de cristais naturais em que ocorrem efeitos piezoelétricos, e se definiu também todos os 18 possíveis coeficientes piezoelétricos macroscópicos, acompanhados de um tratamento termodinâmico rigoroso. Em 1910 foi publicado “Lehrbuch der Kristallphysik”, que se tornou a obra de referência dos conhecimentos conseguidos sobre a “piezoeletricidade”.

As primeiras aplicações em dispositivos piezoelétricos ocorreram durante a Primeira Guerra Mundial. Em 1917, P. Langevin (e seus colegas de trabalho franceses) começaram a aperfeiçoar um detetor de submarino ultra-sónico. O sucesso do sonar estimulou um desenvolvimento intenso em todos os tipos de dispositivos piezoelétricos. Os anos seguintes (1920-1940) ficaram associados às aplicações de primeira geração de piezoelétricos com cristais naturais.

Durante a Segunda Guerra Mundial, nos EUA, no Japão e na União Soviética, grupos de investigadores descobriram que certos materiais cerâmicos (preparados com óxidos metálicos) apresentavam constantes dielétricas até 100 vezes maiores que os cristais comuns. Assim, nos anos seguintes (1940-1965) intensificam-se as aplicações da segunda geração de piezoelétricos cerâmicos. Outros avanços ocorreram ao longo dos anos que têm justificado intensa atividadecientífica na área da piezoeletricidade a nível mundial, com importantes desenvolvimentos económicos e tecnológicos.

Material

  • Piezoelétrico
  • Montagem de cabo de lâmpada com conector metálico
  • Caixinha de filme fotográfico (plástico)
  • Outros materiais necessários (alicate, fita isolante, líquidos inflamáveis como metanol, etanol, acetona. NÃO USAR GASOLINA!)

Montagem

Esta atividade envolve a explosão no interior de uma caixa de filme fotográfico.
Um rolo de filme ligado a um dispositivo de ignição piezoelétrica pode ser utilizado para demonstrar a energia contida em duas gotas de um líquido inflamável.
Após a ignição, a caixinha de filme percorre vários metros. (Figura 2).

Figura 2
Figura 2
Figura 3
Figura 3 - Montagem experimental.