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Electricidad por presión

a electricidad producida por presión se denomina piezoelectricidad. Está generada por la comprensión y decomprensión de determinados materiales de cristal, como el cuarzo.

La capacidad de los cristales para desarrollar una carga eléctrica cuando son sometidos a presión, es muy útil cuando se necesitan señales de referencia muy precisas. Así, se utilizan los cristales en múltiples equipos electrónicos que necesitan realizar cálculos con errores despreciables, o incluso para la calibración de otros equipos menos precisos. Para ello, mediante circuitos osciladores se les hace vibrar permanentemente, es decir comprimirse y descomprimirse, a miles e incluso millones de veces por segundo.

Qué es un cristal

Un cristal es una sustancia en donde las moléculas están colocadas de una manera uniforme. Puede ser un cuerpo simple o compuesto, pero generalmente es simple. Las materias cristalinas naturales son escasas, así, los diamantes y la mayoría de las piedras preciosas son cristales.

Por motivo de simplicidad se supone que las moléculas cristalinas son esféricas. En el estado no cristalino las moléculas están situadas de forma irregular, mientras que en el estado cristalino se sitúan de una manera uniforme y regular.

Características piezoeléctricas de los cristales

Los cristales de algunas sustancias, tales como las sales de Rochela o el cuarzo, tienen características piezoeléctricas peculiares. Cuando se comprime un cristal de cuarzo, los electrones tienden a moverse en una dirección. Esta tendencia crea una diferencia de potencial en las caras opuestas del cristal que puede ser medido con un voltímetro. Si se conectase un hilo conductor entre la cara positiva y la negativa del cristal los electrones fluirían del polo negativo hacia el positivo a través del hilo.

Si presionamos las dos caras de un cristal se produce una diferencia de potencial en sus extremos que puede ser medida con un voltímetro

Si la presión se mantiene constante, la corriente sigue fluyendo hasta el momento en que las cargas se igualan. Cuando cesa la fuerza de presión y el cristal se descomprime, entonces éste desarrolla una fuerza en sentido contrario que hace fluir la corriente igualmente pero en dirección opuesta.

Pero además, los cristales tienen la característica de ser reversibles, es decir, pueden desarrollar una energía mecánica a partir de una energía eléctrica. Así, si aplicamos una fuerza electromotriz a ambas caras de un cristal, éste se dilatará o contraerá en proporción directa a la fuerza aplicada.

Los cristales son reversibles: si se aplica una energía eléctrica en sus extremos se dilata o contrae en proporción a la fuerza aplicada

De lo dicho, se resume en que un cristal puede convertir una energía mecánica (presión) en una fuerza eléctrica (voltaje), o viceversa, una fuerza eléctrica en energía mecánica. La capacidad en potencia de un cristal es muy pequeña, pero es muy útil por su gran sensibilidad a los cambios de fuerza mecánica y temperatura.

Dos cristales con encapsulados diferentes: en el de la derecha se puede observar el disco de cristal en el interior con una de sus placas metálicas adosada en el centro

Un cristal de uso ordinario en los equipos electrónicos no supera el tamaño de una moneda de 10 cts. de Euro; pero en algunos aparatos miniaturizados, como los teléfonos móviles, puede ser de tamaño inferior a la cabeza de una cerilla.

Los cristales que se utilizan en los equipos eléctricos y electrónicos son muy pequeños, delgados y delicados, por ese motivo se les suele proteger mediante un encapsulado o cartucho a prueba de golpes y humedad. En los aparatos miniaturizados, como los teléfonos móviles pueden ser tan diminutos como la cabeza de una cerilla.

Aplicación de los cristales

Los cristales tienen una amplia aplicación en diversos circuitos electrónicos: se utilizan por ejemplo como elemento captador en los micrófonos sensibles y de calidad. También en los circuitos sintonizados de los aparatos de radio, con objeto de hacer resonar una bobina tanque a la frecuencia de recepción de una emisora, o como señal armónica de la misma. Por ejemplo, una emisora de radio que se reciba en la banda de frecuencia modulada de 100 Mhz (100 millones de hercios o ciclos por segundo), puede sintonizarse con un cristal que resuene (vibre) en su misma frecuencia fundamental (100 Mhz), o en un armónico de la misma: 50 Mhz (segundo armónico), 33,33 Mhz (tercer armónico), 25 Mhz (cuarto armónico), etc.

Las comunicaciones espaciales o la radio y televisión por satélite, por ejemplo, no alcanzarían el actual nivel tecnológico sin la existencia de los cristales. Una emisora de satélite utiliza frecuencias del orden de los gigahercios, es decir, miles de millones de hercios, lo que implica utilizar cristales que resuenan (vibran) con gran estabilidad a frecuencias de miles e incluso millones de veces por segundo, y que después son multiplicados electrónicamente para obtener esas altísimas frecuencias utilizadas en este tipo de emisiones.

El nivel tecnológico actual de las comunicaciones espaciales o la radio y televisión por satélite, no sería alcanzable sin la existencia de los cristales

Otra aplicación ampliamente extendida son los relojes de cuarzo. En estos circuitos los cristales resuenan en una frecuencia determinada y después, mediante divisores electrónicos, se reduce su frecuencia hasta la velocidad exacta de 1 segundo. Tras amplificarse esa señal se introduce en un servo eléctrico que empuja el segundero con la cadencia exacta, o se aplica directamente a un visualizador (display) digital.

Hasta hace poco tiempo, antes de la aparición de los discos musicales compactos, los reproductores de discos musicales de vinilo utilizaban un cristal como elemento captador. Así, cuando la aguja se movía entre el surco del disco, su movimiento era aplicado a las caras de un cristal, el cual convertía ese pequeño movimiento mecánico en su equivalente en energía eléctrica. Seguidamente esa pequeña energía se amplificaba y podía ser reproducida en los altavoces en forma de sonido.

Prácticamente, la mayoría de los equipos electrónicos que nos encontramos a diario tienen algún tipo de circuito que incluye un cristal de cuarzo. Así, está presente cuando nos subimos en el ascensor, en nuestro encendedor de cocina o en el calentador de agua, al cruzar una puerta automática, cuando usamos nuestro ordenador personal, al arrancar nuestro coche de inyección electrónica, cuando vamos a cruzar en un paso regulado por semáforos, y en otros numerosos órdenes de nuestra vida cotidiana.

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