Efeito Piezoelétrico

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

Sistemas de Medição II
Efeito Piezoelétrico
Rogério Tavares Sampaio Jr.

CURITIBA
2012

SISTEMAS DE MEDIÇÃO II

DATA: 13/12/2012

1. Introdução

Aplicando deformações mecânicas em um cristal piezoeléctrico, dipolos elétricos (e densidades de carga superficiais) são gerados, consequentemente cria-se uma diferença de potencial. Reciprocamente, quando um campo elétrico é aplicado a uma das faces do cristal, deformações mecânicas são criadas. Este efeito foi observado pela primeira vez em 1880 por
Pierre Curie em cristais de quartzo.
Propriedades piezoeléctricas dependem da estrutura cristalográfica. Para que ocorra o efeito é necessário que o material apresente uma estrutura anisotrópica, se o cristal for centrossimétrico nenhuma piezeletricidade é gerada.

2. Efeito piezo elétrico direto

Aplicando uma tensão ao material piezoeléctrico induz uma polarização elétrica σ→P Em um caso longitudinal simples
P=d σ onde d representa a constante piezoeléctrica
A polarização P é relacionada ao deslocamento D e ao campo elétrico E por:
D=ε˳E+P
Para a maioria dos materiais, o campo elétrico e a polarização são proporcionais.
P= ε˳E.χ+P

onde χ representa a suscetibilidade elétrica

Praticamente, medindo a diferença de potencial sobre a superfície do material piezoeléctrico , é possível medir a tensão mecânica.

Coeficientes Piezoeléctricos
Para um caso 1D:
P=d σ onde d é a constante piezoeléctrica.
Para um caso geral:

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DATA: 13/12/2012

Pode ser simplicado utilizando:

Onde σ1, σ2 e σ3 são as tensões normais e σ4, σ5 e σ6 são as tensões cisalhantes

Onde dij é o modulo piezoeletrico expresso em C.(N^(-1))
Notação matricial:

Convertendo o efeito piezoeléctrico
Aplicando um campo elétrico à um material piezoeléctrico uma tensão mecânica é induzida.
E→ε

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DATA: 13/12/2012

3. Aplicações
3.1 Transdutores Ultrassônicos
Uma das maiores