Questo articolo spiega cos’è l’effetto piezoelettrico in fisica. Scoprirai quindi il significato dell’effetto piezoelettrico, cosa sono i materiali piezoelettrici e quali sono le applicazioni di questo fenomeno fisico.
Cos’è l’effetto piezoelettrico?
L’ effetto piezoelettrico è un fenomeno fisico che appare in alcuni materiali, chiamati materiali piezoelettrici. L’effetto piezoelettrico comporta la generazione di una carica elettrica applicando una tensione a un materiale.
In altre parole, l’effetto piezoelettrico è un fenomeno che si verifica in alcuni materiali specifici quando sono sottoposti a stress meccanico, il materiale acquisisce quindi una polarizzazione elettrica e appare una differenza di potenziale elettrico.
L’effetto piezoelettrico fu scoperto nel 1880 dai fratelli Pierre Curie e Jacques Curie mentre studiavano la compressione del quarzo, che è un materiale piezoelettrico.
Quindi, la piezoelettricità è la proprietà fisica posseduta dai materiali in cui si verifica l’effetto piezoelettrico, cioè i materiali piezoelettrici.
In breve, i materiali piezoelettrici possono convertire lo stress meccanico in elettricità. Pertanto, la piezoelettricità è molto utile perché converte l’energia meccanica in energia elettrica. Di seguito vedremo nel dettaglio le applicazioni dei materiali piezoelettrici.
Materiali piezoelettrici
I materiali piezoelettrici sono i materiali in cui si verifica l’effetto piezoelettrico, ovvero i materiali piezoelettrici sono materiali in grado di trasformare una sollecitazione meccanica in una carica elettrica.
I materiali piezoelettrici possono essere classificati in due tipologie:
- Materiali piezoelettrici naturali : sono materiali che presentano naturalmente piezoelettricità e pertanto non richiedono alcuna modifica. Tra questi spiccano il quarzo, il sale di Rochelle e la tormalina.
- Materiali piezoelettrici ferroelettrici : sono quei materiali che devono essere sottoposti ad un processo di polarizzazione per acquisire proprietà piezoelettriche. Ad esempio, nitrato di litio, berlinite o tantalato di litio.
Vale la pena notare che negli ultimi anni è stato promosso lo sviluppo di nuovi materiali piezoelettrici più sicuri per l’ambiente, perché la piezoelettricità è una proprietà fisica molto utile.
Applicazioni dell’effetto piezoelettrico
Una volta vista la definizione dell’effetto piezoelettrico e dei materiali piezoelettrici più comuni, in questa sezione tratteremo l’utilizzo di questo fenomeno fisico.
- Gli accendini elettrici sono un’applicazione quotidiana dell’effetto piezoelettrico. Questi dispositivi sono dotati di un meccanismo con cristallo piezoelettrico che trasforma un colpo violento in una scintilla.
- Allo stesso modo, molti sensori elettronici si basano sull’effetto piezoelettrico. Pertanto, il sensore converte una vibrazione in un impulso elettrico che può attivare altri dispositivi elettrici.
- L’effetto piezoelettrico ha molte applicazioni nel campo dell’ingegneria. Ad esempio, nella produzione di materiali mediante stampaggio ad iniezione, viene utilizzato l’effetto piezoelettrico, così come nel settore aeronautico e astronautico.
- Anche il funzionamento dei motori piezoelettrici si basa sull’effetto piezoelettrico, sebbene in questo caso utilizzino l’effetto piezoelettrico inverso (spiegato di seguito). Questi tipi di motori ricevono un impulso elettrico e lo trasformano in movimento utilizzando la piezoelettricità.
- L’effetto piezoelettrico viene utilizzato anche in medicina. Più nello specifico, il funzionamento di molti dispositivi utilizzati per diagnosticare problemi di salute è legato a questo fenomeno fisico, come ad esempio lo strumento utilizzato per eseguire le ecografie.
- Microfoni, altoparlanti e cuffie sono dispositivi comunemente usati che funzionano attraverso l’effetto piezoelettrico, poiché trasformano le vibrazioni sonore in onde elettriche o viceversa.
Effetto piezoelettrico inverso
Infine vedremo in cosa consiste l’effetto piezoelettrico inverso, anche se sicuramente ne avrai già intuito il significato dal nome. 😉
In fisica l’ effetto piezoelettrico inverso consiste nel trasformare una tensione elettrica in una sollecitazione meccanica. In altre parole, l’effetto piezoelettrico inverso è il fenomeno fisico opposto all’effetto piezoelettrico.
Ad esempio, le cuffie sfruttano l’effetto piezoelettrico inverso per trasformare un segnale elettrico in una deformazione meccanica che viene poi convertita in suono.
Ciò significa che l’effetto piezoelettrico è reversibile, per cui se una tensione elettrica non viene più applicata a un materiale piezoelettrico, questo ritorna alla sua forma originale.
