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Efecto piezoeléctrico

Efecto piezoeléctrico

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Experimental
La piezoelectricidad es la capacidad de ciertos materiales para producir un voltaje cuando se somete a tensión mecánica. Los materiales piezoeléctricos también muestran el efecto opuesto, llamado piezoelectricidad inverso, donde la aplicación de un campo eléctrico crea tensión mecánica (modificación tamaño) en el cristal.
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Figura 1 efecto piezoeléctrico

El efecto conocido como piezoelectricidad fue descubierto por los hermanos Pierre y Jacques Curie; mostraron que los cristales de turmalina, cuarzo, topacio, caña de azúcar, y sal de Rochelle (tartrato de potasio y sodio tetra hidrato) generan la carga eléctrica de la tensión mecánica. Cuarzo y sal de Rochelle exhibieron los más piezoelectricidad.
La clase de materiales piezoeléctricos se amplió, cuando se observó que muchos otros materiales muestran el efecto, como berlinite (AlPO4) y ortofosfato de galio (GaPO4), cerámica con perovskita o estructuras de tungsteno-bronce (BaTiO3, KNbO3, LiNbO3, LiTaO3, BiFeO3, NaxWO3, Ba2NaNb5O5, Pb2KNb5O15). Más tarde se observó que los materiales de polímero como el caucho, lana, pelo, fibra de madera, y la piezoelectricidad exposición de seda hasta cierto punto. El fluoruro polyvinlidene polímero, (-CH2-CF2-) n, exhibe piezoelectricidad varias veces más grande que el cuarzo


Antecedentes y explicación actual

En un material piezoeléctrico, las cargas eléctricas positivas y negativas están separadas, pero simétricamente distribuidos, de modo que el cristal general es eléctricamente neutro. Cuando se aplica una tensión, esta simetría se destruye, y la asimetría de carga genera un voltaje.
En efecto inverso, cuando se aplica un voltaje externo, en tales cristal, porque las cargas dentro del cristal se separan, la tensión aplicada afecta a diferentes puntos dentro del cristal de manera diferente, lo que resulta en las modificaciones de distorsión y tamaño.
El efecto fue estudiado por los hermanos Curie antes de 1900, utilizando un electrómetro cuadrante y un cristal piezoeléctrico sometido a una fuerza externa.
Se consideró una curiosidad cuando fue descubierto, pero con el tiempo, el efecto ganó una gran cantidad de aplicaciones.
A excepción de una clasificación ulterior de sustancias piezoeléctricos, dependiendo del tipo o cristal simetría, no hay avances significativos se registraron en un tratamiento cuántico para este tema. Los teóricos de mecánica cuántica son capaces de aplicar la idea cuántica a una gran cantidad de fenómenos cósmicos, pero ninguno fue capaz de aplicarlo a efecto piezoeléctrico. Libros famosos de la física o la química física omiten el tema por completo. Tal vez en lugar de cortar las hojas a los perros, algunos teóricos darán un tratamiento cuántico completa de este efecto simple. El texto que sigue se presentan algunas ideas importantes para los teóricos actuales y de un futuro tratamiento teórico cuántico.


¿Por qué la explicación actual es absurdo?

En la explicación actual, no está claro qué significa una separación de cargas en un cristal, y donde se genera este cargo.
En cualquier material (piezoeléctrico o no), los electrones están unidos en el núcleo con fuertes fuerzas eléctricas. Con el fin de quitar un electrón de un átomo, es necesario dar a un átomo específico una energía mayor que la energía de ionización. Teniendo en cuenta un cristal de cuarzo, que es simplemente una variedad de dióxido de silicio, con el fin de producir una separación de carga es necesario para dar una energía de ionización mayor que 13,6 eV para un átomo de oxígeno o mayor que 8,15 eV para un átomo de silicio .
Un fácil de seguir matemáticas (toda manifestación en el libro), mostrará que la presión externa ejercida sobre las caras de cristal de cuarzo no produce la ionización del material de cuarzo.
Los físicos actuales no son capaces de explicar cómo es posible suministrar una energía más pequeña como la energía de ionización de un cristal de cuarzo, y para obtener una separación de cargas. Tal vez en el Mientras tanto, el proceso de ionización se produce como resultado de efecto túnel cuántico?
Vamos a analizar en detalle esta posible aparición cargo y su movimiento. Teniendo en cuenta un cubo hecho de un material piezoeléctrico, actúan dos fuerzas iguales en la dimensión x como en la fig. 2

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Figura 2 generación de carga en cristal piezoeléctrico

En el material piezoeléctrico se calculan un pequeño número de cargas compensada (positivos y negativos). Como resultado de una fuerza externa, física ortodoxos actuales suponen una separación de cargas, pero ... ¿qué tipo de carga y dónde están apareciendo?
¿Los cargos sólo aparecen en la superficie del material de comprimido o en que aparecen en volumen entero?
Debido a que los átomos son neutrales ante el estrés mecánico, debe suponerse que aparece bajo la acción de fuerza igual número de cargas positivas y cargas negativas. En el mismo tiempo, es un concepto de sentido común para admitir la inmovilidad de núcleo, y la movilidad de los electrones.
Supongamos que para el primer caso, los cargos están apareciendo sólo en la superficie del material piezoeléctrico como en la figura 3. En este caso, en ambos lados del material de un número igual de cargas negativas están disponibles para la conducción. Un voltímetro conectado entre estas caras debe registrarse una diferencia nula de potencial. Esto es porque no hay una carga eléctrica en movimiento en el circuito externo. Si una carga ,, "se produce en la superficie del cristal, el potencial de ambas superficies modificar simultáneamente y no aparece diferencia de potencial. El resultado está en contradicción con el experimento.
 

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Figura Caso 3 de la generación de carga superficial

Quizás teóricos actuales son capaces de demostrar que los núcleos positivos están viajando alrededor del circuito?
Una segunda posibilidad se refiere a generación de cargas en todo el volumen de material piezoeléctrico como en la fig. 4. Esta es una idea más realista en la medida de cristales se contrae bajo fuerzas externas y debido a las modificaciones distancias entre los átomos, es normal suponer que los cargos se generan en el volumen de cristal entero.

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Figura 4. Caso de generación de carga volumen

Con esta distribución, un electrón genera algún lugar dentro de material piezoeléctrico, con una energía mayor que la energía de ionización, dejará su núcleo y .... será pronto atraído por otro núcleo. Hay una probabilidad igual de electrones para llegar en una cara de cristal; de nuevo no hay diferencia de potencial debe aparecer en la superficie de cristal.

Por supuesto, hay una posibilidad de que los electrones generados a agrupar y viajar a una de la superficie de cristal, pero en este caso teóricos real debe proporcionar un mecanismo capaz de producir una agrupación de electrones en una región de material piezoeléctrico. Para una mente el sentido común, es completamente absurdo creer que tal distribución de carga permite una agrupación de carga positiva en una región espacial y carga negativa en otra región.
En teoría propuesta, no hay ninguna razón para que una separación de carga sobre una superficie de cristal y de hecho, en realidad, no hay fenómenos tales como resultado de una acción de fuerza mecánica.

Si por el absurdo, una separación del cargo se llevaría a cabo, el efecto más commen debe ser la generación de un espectro de emisión. Un desplazamiento de carga es menos probable como una extinción de carga debido a la recombinación de cationes y aniones recién generadas. En este caso un fig espectros de emisión. 5., debe observarse cada vez como resultado de la piezoelectricidad.

 

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Fig. 5. Convertidor catalítico espectros debido a la carga de extinción

 

Un problema adicional está relacionado con: ¿Cómo el efecto piezoeléctrico encaja con la hipótesis cuántica?

Al igual que otro efecto físico conocido (efecto fotoeléctrico), si la hipótesis cuántica es válida, la diferencia de potencial debe aparecer sólo cuando la presión que actúa sobre el cristal pasos superiores de un cierto límite. ¿Ocurre esto en realidad? Es bien conocido desde el momento de los experimentos de Curie que generaron potencial está relacionado con la presión aplicada, sin una presión umbral para potencial generada. En el libro, los experimentos se repiten y se describen en detalles, y no se observó la presión umbral para la aparición potencial piezoeléctrico. Por lo tanto, a ,, mente común "explicación del efecto piezoeléctrico se descarta tampoco la hipótesis cuántica y un proceso de ionización en cristal de cuarzo. No hay electrones retirado de silicio o un átomo de oxígeno.

El piroelectricidad está cerrado relacionada a piezoelectricty, y expresar la capacidad de ciertos materiales para generar cargas eléctricas ,, "cuando se calienta. La misma discusión hecha por efecto piezoeléctrico es válido para piroelectricidad. Es absurdo creer que una temperatura de 200 C es capaz de producir ionización o un desplazamiento de carga en un material. Toda la discusión se presenta en el libro.

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