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Materiales conocidos por ser piezoeléctricos
Hay materiales que tienen la propiedad de generar cargas eléctricas en su superficie cuando se les somete a un esfuerzo mecánico como la compresión.
También pueden hacer lo inverso: Si se les aplica una tensión, se deforman.
Ese es, básicamente, el fenómeno piezoeléctrico.
Algunos de los materiales más conocidos y utilizados son:
- Cuarzo
- Turmalina
- Sales de Rochelle
- Cerámicas artificiales
- Berlinita
- Topacio
- Titanato de Plomo
...Y otros materiales no tan conocidos: El azúcar es piezoeléctrico
Pero según me consta, sólo el azúcar obtenido de caña de azúcar exhibe esta propiedad, no vale el azúcar obtenido de remolacha azucarera que es la variedad utilizada en España casi en exclusiva.
Si decides hacer este experimento tendrás que tener especial cuidado con asegurarte de que el azúcar sea de caña, pues hay mucho fraude: Se etiqueta y vende como "azúcar integral" y "azúcar de caña" lo que no es más que azúcar refinada pintada con melaza. Y para más inri, a precio superior al del azúcar refinada.
Las dos caras de la piezoelectricidad
Una: Si lo deformas genera electricidad
También se usa en detectores de sonido y ultrasonidos. Por ejemplo, algunas pastillas de las guitarras eléctricas perciben las variaciones de presión cuando las cuerdas de la guitarra vibran, y convierten estas variaciones de presión en variaciones eléctricas que luego son amplificadas hasta conducirlas a un altavoz.
Los micrófonos piezoeléctricos son de sobra conocidos y también convierten las variaciones de presión en variaciones eléctricas.
Por regla general, esta propiedad se aprovecha para hacer sensores, que son dispositivos que, primero, detectan alguna vibración, y segundo, pueden cuantificarla o medirla.
... y Dos: Si le aplicas electricidad, se deforma
Este fenómeno también es ampliamente aprovechado, por ejemplo, para producir ultrasonidos. Si a un cristal piezoeléctrico se le aplica una tensión alterna con una frecuencia determinada, ese cristal se contraerá/expandirá, produciendo un sonido (o ultrasonido) con una frecuencia muy precisa.
Ejemplos de uso son los antiguos mandos a distancia por ultrasonidos que utilizaban una pequeña cápsula emisora de ultrasonidos (hoy desplazados por los mandos que utilizan radiación infrarroja emitida por un LED)
En náutica es muy utilizado este comportamiento piezoeléctrico para fabricar sondas que pueden incluso mostrar el perfil del fondo marino o la presencia de peces...
También están los altavoces piezoeléctricos
En vez de estar basados en el típico conjunto bobina-imán, una pastilla con propiedades piezoeléctricas convierte las señales eléctricas de audio en movimiento, produciendo así el sonido.
Muchas impresoras de inyección de tinta funcionan con pastillas piezo.
Y también en automoción, algunas mecánicas, para accionar los inyectores utilizan pastillas piezoeléctricas, lo que les confiere gran precisión y velocidad de actuación.
Esta propiedad piezoelectrica de convertir electricidad en movimiento tiene muchos usos más...
El experimento
Para comprobar esta supuesta propiedad eléctrica del azúcar de caña hay que realizar un pequeño montaje que permita comprimir el azúcar y recoger mediante unos electrodos cualquier tensión que pueda producirse.
Material necesario:
- Dos monedas o arandelas, que harán de electrodos
- Dos cables de unos 20 cm de largo, de sección fina 1-2 mm.
- Una jeringa de unos 20 ml, será el contenedor del azúcar + electrodos
y permitirá hacer la compresión
- Una cucharadita de azúcar de caña
- Estaño, pasta de soldar y soldador
- Un polímetro que sea capaz de medir milivoltios
Pasos a seguir:
1) Soldar cada cable a cada moneda o arandela. Lo mejor, hacer un taladro de 1mm en la moneda/arandela, después limar la zona del taladro para eliminar óxido. Pasar el cable por ese taladro y soldar con estaño cable y moneda.
2) Introducimos en la jeringa un cable haciéndolo salir por el "pitorro" de la jeringa, hacemos pasar todo el cable. La moneda descansa sobre el fondo de la jeringa
3) Añadimos a la jeringa una cucharadita de azúcar
El azúcar queda aprisionado entre ambas monedas o arandelas que ahora serán electrodos que recogerán cualquier tensión que se produzca al comprimirlo
5) Conectamos un polímetro sensible a cada uno de los dos cables.
El polímetro debe estar seleccionado en "tensión corriente continua" en la escala más sensible que tenga. Yo seleccioné "milivoltios"
6) Introducimos en la jeringa una herramienta como una llave de tubo rozando la moneda pero sin presionar.
7) Nos fijamos en la escala del polímetro, preferentemente si lleva barra analógica, pues los dígitos no miden bien los pulsos de tensión breves como los que se van a producir en este experimento.
8) Comprobaremos que cada vez que ejercemos una fuerte presión sobre la moneda (y esta lo hará a su vez sobre el azúcar) el polímetro, en la barra analógica, indica un pico de tensión bastante significativo, que será mayor o menor según la presión ejercida, según el nivel de compactación del azúcar, y otros parámetros que seguramente se me escapan...
Con este experimento creo que queda bien demostrada la naturaleza piezoeléctrica de los cristales de azúcar. También es verdad que la tensión generada con el azúcar es mucho menor que en el caso del cuarzo (Por eso se usa cuarzo en la industria y no azúcar).
Está claro que mi experimento puede ser mejorado, tal vez haciendo un macrocristal de azúcar en lugar de usar muchos gránulos pequeños. Seguro que optimizando la disposición de las cosas se puede obtener una tensión considerable con el azúcar.
El vídeo
Si no ha quedado claro algún punto sobre como hacer el experimento, supongo que el vídeo despejará cualquier duda:
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Parece que ya vuelven los experimientos y tutoriales interesantes otra vez.
ResponderEliminar¡Me alegro un montón, por eso era conocido este sitio!
Un fuerte saludo, Jose.
¿Qué pasaría si mantienes apretado el azucar?
ResponderEliminarsi muelo cuarzo funciona lo mismo?
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