SIN PILAS NI CABLES NI PIEDRAS |
En los antiguos encendedores de cigarrillos, el gas o la "bencina blanca"
se enciende con chispas producidas por la fricción de un rodillo
metálico contra una piedra. El color amarillo-rojizo de las chispas
corresponde a la temperatura de las partículas de piedra que se
han desprendido.
Al desarmar cualquiera de estos dispositivos, uno se sorprende al ver
que solo tienen 4 partes simples:
El material piezoeléctrico básico suele ser un compuesto de la familia del circonato titanato de plomo, Pb(Ti,Zr)O3, modificado con composiciones menores de otros aditivos. En presencia de un campo eléctrico (generado aplicando un voltaje en los extremos, a lo largo del cerámico), estos compuestos se "electrizan". Cuando se retira el campo, quedan eléctricamente cargados (análogamente a lo que sucede en el magnetismo con los materiales ferromagnéticos. Sin embargo, nunca deben confundirse ni el origen físico ni las características de la polarización eléctrica, con las de la magnetización ferromagnética). Los cerámicos que tienen esta propiedad, por analogía con los ferromagnéticos como el hierro y el níquel, se denominan "ferroeléctricos" (aunque no poseen hierro). Para convertir un ferroeléctrico en piezoeléctrico, se somete el cerámico a un tratamiento térmico de "polarización" en presencia de un campo eléctrico, a una temperatura cercana pero inferior a la temperatura de Curie (a la que dejan de ser ferroeléctricos; unos 300 °C). El piezoeléctrico resultante, tiene una estructura cristalina eléctricamente ordenada, de forma tal que cuando se le aplique un voltaje V a lo largo de la dirección de polarización, el cerámico se contrae o alarga en esa dirección. Por el contrario, si se le aplica una tensión o compresión mecánica s en esa dirección, se genera un voltaje positivo o negativo en los extremos. De este modo se tiene un material transductor de energía mecánica a eléctrica y viceversa. Los chisperos que poseen un mecanismo de impacto, generan una sola chispa, después de golpear al cerámico. Pero los que reciben un aumento de presión "a la ida" y una descompresión "a la vuelta", generan una serie de chispas en ambas etapas. En éstos, es notable cómo se siente sobre el dedo que oprime el pulsador, una secuencia de "golpecitos" como si se accionara algún mecanismo de golpes a repetición. Sin embargo, esta vibración corresponde simplemente a una secuencia de variaciones en la presión, con la que el piezoeléctrico deja de reaccionar contra el mecanismo, cada vez que salta una chispa. Esto se debe a que su microestructura se "acomoda" a una nueva longitud de equilibrio, bajo esa presión exterior. Según el material, la constante de voltaje piezoeléctricog
es del orden de g = 30 V mm/N. Por lo tanto,
para un cerámico de longitud L = 5 mm (como los utilizados
en encendedores de cigarrillos), se tiene gL = 150 V/MPa
(el pascal, Pa, es la unidad de presión equivalente a 1 N/m2).
Para ver lo que esto significa, pueden omitirse detalles diciendo que
la tensión s genera un voltaje
V =
gL.
Por ejemplo, aplicando una fuerza de 10 kilogramo-fuerza sobre las caras
de una pieza de 3.7 mm de diámetro, se tiene una compresión
de aproximadamente
= 10 MPa, que generaría 1.5 kV, voltaje suficiente para
producir una chispa entre electrodos separados por 0.5 mm de aire. En realidad … estos materiales, por ser cerámicos, son estables
e inertes, y pueden durar más que 104 años … pero lo que
falla muchísimo antes, es la resistencia de los plásticos
y mecanismos utilizados en un chispero de precio accesible.
- - o 0 o - - J.L.Giordano
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