Qual é o efeito piezoelétrico?
O efeito piezoelétrico é uma propriedade única de certos cristais, onde eles geram um campo ou corrente elétrica se submetidos a estresse físico. O mesmo efeito também pode ser observado ao contrário, onde um campo elétrico imposto sobre o cristal pressionará sua estrutura. O efeito piezoelétrico é essencial para os transdutores, que são componentes elétricos usados em uma ampla variedade de aplicações de sensores e circuitos. Apesar da versatilidade do fenômeno para aplicações em dispositivos eletromecânicos, foi descoberto em 1880, mas não encontrou uso generalizado até cerca de meio século depois. Tipos de estruturas cristalinas que exibem o efeito piezoelétrico incluem quartzo, topázio e sal de Rochelle, que é um tipo de sal de potássio com a fórmula química de KNaC 4 H 4 O 6 4H 2 O.
Pierre Curie, famoso por ganhar o Prêmio Nobel de 1903 em física pela pesquisa em radiação com sua esposa Marie, é creditado por ter descoberto o efeito piezoelétrico com seu irmão Jacques Curie em 1880. Na época, os irmãos não descobriram o efeito piezoelétrico inverso , no entanto, onde a eletricidade deforma cristais. Gabriel Lippmann, físico franco-luxemburguês, é creditado com a descoberta do efeito inverso no ano seguinte, que levou à sua invenção do eletrômetro Lippmann em 1883, um dispositivo no centro da operação da primeira máquina de eletrocardiografia experimental (ECG).
Os efeitos piezoelétricos têm a propriedade única de desenvolver frequentemente milhares de volts de diferença de potencial de energia elétrica com níveis de corrente muito baixos. Isso torna até minúsculos cristais piezoelétricos objetos úteis para gerar faíscas em equipamentos de ignição, como fornos a gás. Outros usos comuns para cristais piezoelétricos incluem o controle de movimentos precisos em microscópios, impressoras e relógios eletrônicos.
O processo pelo qual o efeito piezoelétrico ocorre é baseado na estrutura fundamental de uma rede cristalina. Os cristais geralmente têm um balanço de carga, onde cargas negativas e positivas se cancelam precisamente entre si ao longo dos planos rígidos da estrutura cristalina. Quando esse equilíbrio de carga é interrompido pela aplicação de estresse físico em um cristal, a energia é transferida por portadores de carga elétrica, criando uma corrente no cristal. Com o efeito piezoelétrico inverso, a aplicação de um campo elétrico externo ao cristal desequilibra o estado de carga neutra, o que resulta em tensão mecânica e leve reajuste da estrutura da rede.
A partir de 2011, o efeito piezoelétrico foi amplamente monopolizado e usado em tudo, desde relógios de quartzo a ignitores de aquecedores de água, churrasqueiras portáteis e até alguns isqueiros de mão. Nas impressoras de computador, os minúsculos cristais são usados nos bicos dos jatos de tinta para bloquear o fluxo de tinta. Quando uma corrente é aplicada a eles, eles se deformam, permitindo que a tinta flua no papel em volumes cuidadosamente controlados para produzir texto e imagens.
O efeito piezoelétrico também pode ser usado para gerar som para alto-falantes em miniatura em relógios e em transdutores sônicos para medir distâncias entre objetos, como para localizadores de pinos no comércio de construção. Os transdutores ultrassônicos também são baseados em cristais piezoelétricos e em muitos microfones. A partir de 2011, eles usam cristais feitos de titanato de bário, titanato de chumbo ou zirconato de chumbo, que produzem voltagens mais baixas que o sal Rochelle, que era o cristal padrão nas formas iniciais dessas tecnologias.
Uma das formas mais avançadas de tecnologia para capitalizar o efeito piezoelétrico a partir de 2011 é a do microscópio de varredura por tunelamento (STM), usado para examinar visualmente a estrutura de átomos e moléculas pequenas. O STM é uma ferramenta fundamental no campo da nanotecnologia. Os cristais piezoelétricos usados nos STMs são capazes de gerar movimento mensurável na escala de apenas alguns nanômetros ou bilionésimos de metro.