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Titolo: Misteri dei materiali piezoelettrici

I materiali piezoelettrici sottoposta ad una sollecitazione meccanica si 
deformano e producono una ddp e quindi una corrente.  Ma nessuno aggiunge 
mai 2 cose anzi 3.
 
Deformazione che vuol dire? Dopo essere stati compressi su un asse si 
dilatano sull'altro per compensare l'accorciamento? Cio� con la compressione 
diminuiscono di volume coe se fosse aria compressa in un cilindro oppure la 
compressione su un asse corrisponde ad una dilatazione sull'altro asse?
 
La deformazione � elsatica? Cio� dopo che io ho applicato una forza per 
comprimerlo e si � prodotta tensione e corrente il materiale si comporta 
come una molla cio� esercita la stessa forza che lo ha compresso mentre 
torna nelle forma originaria?
 
E quando � tornato alla forma originmaria sulle sue facce si trova una 
tensione opposta a quella che si avuta con la prima deformazione? 
 

 deformazione?
 
 
Si torna al punto di partenza.
 
Infatti il fenomeno si usa nei "quarzi" in radiotecnica, che
oscillano meccanicamente a una determinata frequenza (e cosï¿œ
si realizzano semplicemente filtri molto selettivi).
 
 
-- 
"Eppur si ferma!"
  (Cananeo Cananei)

 tensione opposta a quella che si avuta con la prima deformazione?
 
E perche mai ? sono fenomeni di equilibrio. Alla fine il sistema ritorna 
nello stesso stato di partenza.
 
 
Giorgio


 
Perch� la fai cos� difficile? (scherzo naturalmente...) Prendiamo un cubetto 
di materiale piezolettrico appoggiato su una superifcie piana ci poggiamo 
sopra dall'alto una superficie corrispondente ad una faccia del cubo e 
spingiamo verso il basso. Certamente si comprime sull'asse verticale. 
Orizzontalmente si dilata? E a fine compressione il volume complessivo � 
uguale a quello inizale?
 
A fine compressione abbiamo sulle 2 facce una ddp che chiudiamo su un 
circuito. Finita la corrente (e mentre � ancora compresso) non c'� pi� 
nessuna ddp; ora togliamo la superficie che lo ha compresso. La forma 
torner� allo stato inizale. Ma elettricamente torner� neutro o si crea una 
ddp opposta "da decompressione"?
Il lavoro fatto per comprimerlo � uguale a quello che restituisce quando 
viene decompresso (come farebbe una molla)? 
 

 decompresso (come farebbe una molla)?
 
Francamente non ho capito bene il problema.
 
Ciï¿œ che so ï¿œ che di un materiale piezoelettrico si sfrutta solo la 
differenza di potenziale fra due facce opportune, non la corrente.
Infatti tale ddp si applica a circuiti con ingresso di impedenza 
(virtualmente) infinita, come circuiti con ingresso a condensatore con 
isolante di tipo ceramico.
La ragione ï¿œ che la proprietï¿œ piezoelettrica non si associa a 
un'ipotetica potenza generata, che ï¿œ insignificante (e indipendente 
dalla forza applicata), ma appunto solo a differenze di potenziale. I 
materiali piezoelettrici si usano insomma, credo senza eccezioni, come 
generatori ideali di tensione.
Per questa ragione i problemi sopra esposti (se li ho capiti) non esistono.
 
Molti strumenti di precisione per la navigazione ormai sono basati su 
questi materiali: per esempio barometri di precisione (quindi altimetri) 
e accelerometri (in sostituzione della giroscopia), con limiti di 
frequenza e con precisioni (e immunitï¿œ ai guasti) ben piï¿œ alti, e 
dimensioni ben minori, di quelli degli strumenti tradizionali.
 
La frequenza propria dei cristalli piezoelettrici ï¿œ legata direttamente 
alle loro dimensioni sull'asse piezoelettrico e naturalmente ï¿œ scelta 
molto piï¿œ alta delle frequenze da misurare.
 
Meccanicamente si tratta semplicemente di cristalli dotati di 
elasticitï¿œ, o meglio vengono usati solo entro i limiti della loro 
(bassa) elasticitï¿œ, e si comportano come qualunque corpo elastico 
utilizzato ben sotto i limiti della deformazione plastica (che in questi 
materiali praticamente coincide con la frattura), ossia in zona 
perfettamente lineare.
 
Ma credo che su internet si trovi molto di piï¿œ.
 
--

 Ma credo che su internet si trovi molto di pi�.
 
Certo, il fatto � che dovresti leggere una intera trattazione magari anche 
complessa della materia per arrivare all'unico punto che ti interessa. 
Parlandone su un NG arrivi direttamente al punto. 
 

 interessa. Parlandone su un NG arrivi direttamente al punto.
 
Sei proprio sicuro? E quale sarebbe "il punto"?
 
Quello che dici ï¿œ vero solo quando trovi qualcuno _professionalmente_ a
conoscenza del tema, altrimenti trovi notizie orecchiate o prese ... su
internet. Sui ng che risponda un professionista ï¿œ molto ma molto raro, 
dato che se ï¿œ tale ha altro da fare, a meno che non sia un 
professionista pensionato :)), e questo ï¿œ vero anche se l'ennegï¿œ ï¿œ 
intitolato alla scienza o a una scienza come la fisica; in altre parole 
sull'ennegï¿œ c'ï¿œ un problema di selezione esattamente come su internet: 
il rapporto sentito-dire/competenza ï¿œ altissimo, cosï¿œ come ï¿œ molto alto 
il rapporto fra lezione "imparata" e lezione ragionata.
 
--
 


Questo � un grosso problema per i NG scientifici, si pone anche  it.scienza 
medicina dove risponde gente che non capisci se � medico un malato informato 
o un semplice passante. Io che non sono medico ho dato spesso risposte in 
assoluto spirito collaborativo premettendo che "non sono medico" ma altri 
ugulamente non medici non lo facevano e il NG (n� questo ne quello di 
medicina) non prevede la distinzione tra professionisti e semplici 
"appassionati".  Il moderatore non pu� conoscere tutta la fisica o tutta la 
medicina e pu� valutare che il messaggio rispetti solo la correttezza e non 
dica proprio cosa assurde. Ma da questo ad essere precisi ce ne passa, come 
giustamente dici. E sono materie dove la risposta non � soggettiva o lo sai 
o non lo sai. Forse per questo i NG si vanno estinguendo?
Ma allroa a che pu� servire un NG scientifico? A dare spunti che devono 
essere verifcati altrove? 
 

 esistono.
 
la potenza generata ï¿½ 1-2 watt negli stivali realizzati dal 
dipartimento di ricerche avanzate della difesa statunitense ed ï¿½ tale 
che in due stazioni giapponesi ci fanno girare il sistema di 
biglietteria quindi tutt'altro che insignificante
semmai il problema ï¿½ l'efficienza nella conversione energetica
 
poi perchï¿½ la potenza generata sarebbe indipendente dalla forza applicata?
se fosse cosï¿½ come funzionerebbero i vecchi giradischi con trasduttore 
piezoelettrico che ï¿½ collegato ad una impedenza di ingresso tutt'altro 
che infinita nei vecchi circuiti a valvole o a transistor?
un microfono o una testina di un giradischi fornisce una tensione 
proporzionale alle sollecitazioni meccaniche (pressione acustica, 
vibrazioni trasmesse dai solchi del vinile) cui sono sottoposti e tale 
tensione, su un carico costante, dï¿½ una potenza elettrica 
proporzionale a dette sollecitazioni meccaniche (anche se non ï¿½ detto 
che sia perfettamente lineare, ovvero costante il rapporto tra energia 
meccanica ed energia elettrica)
 
poi un generatore ideale di tensione ha resistenza di uscita zero!
 
se un dispositivo piezoelettrico avesse tali caratteristiche, 
cortocircuitando gli elettrodi di un accendigas piezoelettrico avresti 
correnti di centinaia se non migliaia di A, mentre puoi vedere tu 
stesso che se metti in contatto gli elettrodi non succede nulla 
(ovvero non c'ï¿½ alcun sensibile effetto Joule sulla resistenza di 
contatto)
 
possibile che debba rispondere io - che non sono assolutamente 
qualificato - a queste evidenti corbellerie?
 
-- 
bye
!(!1|1)
 

 essere verifcati altrove?
 
Il problema penso sia prevalentemente italiano: i professionisti quasi 
mai si scoprono "per cosï¿œ poco". In realtï¿œ non vogliono esporsi.
Piï¿œ spesso si esprimono degli insegnanti e degli studenti, o anche degli 
appassionati. E sulla loro affidabilitï¿œ rispondono solo loro.
 
Un esempio lo ho avuto su un altro ng, che ha avuto una visita di un 
personaggio davvero importante di quella disciplina (quindi lo leggeva 
l'ng!), ma costui si ï¿œ fatto vivo privatamente solo con uno di noi del 
gruppo: non si ï¿œ esposto sul gruppo. Costoro preferiscono semmai 
scrivere dei blog, dove le risposte se le filtrano loro, oppure mettono 
in rete delle lezioni, e lï¿œ non c'ï¿œ l'ombra di un contraddittorio. Ma 
non mancano affatto di prendere degli spunti sugli ng.
Ho descritto un  comportamento provinciale? Certo.
 
Comunque su questo argomento specifico suggerirei di cercare manuali, 
ossia dati tecnologici, e non testi di fisica. Io non saprei darti 
indicazioni precise perchï¿œ non me ne occupo piï¿œ da diversi anni.
 
Riguardo a internet (wiki o no) ï¿œ sicuramente piï¿œ affidabile quella in 
inglese. Dovrei dire che chi scrive lï¿œ dentro ï¿œ in genere meno 
provinciale di noi? Direi proprio di sï¿œ.
E la vitalitï¿œ degli ng dipende molto dal provincialismo o meno di una 
cultura? Direi ancora di sï¿œ, e per una ragione evidente: perchï¿œ l'ng ï¿œ 
una forma di democrazia.
 
Saluti

 qualificato - a queste evidenti corbellerie?
 
Io sottoscritto, e verosimilmente anche altri che pure non
hanno replicato a quelle che giustamente chiami "corbellerie",
utilizziamo oculatamente il killfile...
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani

 qualificato - a queste evidenti corbellerie?
 
Per dirne poi tu di vere, di corbellerie.
Magari, non essendo qualificato come dici, potresti riflettere un po' di 
piï¿½ su ciï¿½ che ï¿½ stato scritto da altri.
 
Saluti

 utilizziamo oculatamente il killfile...
 
seguo saltuariamento il gruppo...
ingenuamente pensavo che essendo moderato non ci fosse bisogno di 
killfile :-)
la cosa negativa ï¿½ che poi certe "corbellerie" rischiano di essere 
prese per buone
 
-- 
bye
!(!1|1)

 le volevano di sicuro.
 
1) la potenza (elettrica e non) ï¿½ tale indipendentemente dal suo 
valore sia esso di yW o di YW
2) non ho mai scritto che la potenza del trasduttore servisse ad 
alimentare i circuiti a valle, ma ho confutato quanto da te affermato: 
che la potenza non fosse proporzionale alla deformazione meccanica 
(variazione di tensione su carico costante = variazione di potenza)
 
non ho piï¿½ tempo per rispondere al restante prolisso elenco di 
affermazioni deliranti (e tanto non ne vale la pena)
 
chiedo scusa a chi lo ha giï¿½ messo nel killfile
 
-- 
bye
!(!1|1)
 


Io sarei il lurker (cio� "persona che si nasconde")? Perbacco questa non 
l'avevo ancora sentita. A me sembra che nei NG sono  tutti lurker. Potrei 
firmarmi anche "anotonio rossi", sarebbe lo stesso, fino a quando il 
moderatore non certifichi la mia identit�, cosa che ovviamnete non pu� fare. 
.
Nel merito, pur non conscendo la materia anche io avevo percepito qualche 
"approssimazione" pi� che cose completamente sbagliate. Pu� anche essere 
dovuto ad una atteggimaneto "divulgativo" dato che Omega non consce il 
livello di preparazione di chi pone la domanda.
Conmunque direi che le domande di fondo sono rimaste per lo pi� "inevase".
Provo a riporne una che mi sembra interessante.
Io comprimo il famoso cubetto piezoelettrico e si crea la ddp. A questo 
punto posso "prelevarla" o meno generando una leggera corrente. Poi il 
cubetto torna  nella forma orginaria. La forza che il cubetto esplica per 
tornare nella forma originaria cambia a seconda che io abbia fatto passare 
corrente oppure no?
 
 

 corrente oppure no?
 
non mi ï¿½ del tutto chiaro cosa tu intenda per "esplicare una forza"...
 
comunque supponiamo di avere un cristallo su cui ï¿½ appoggiato un peso 
di 1kg con frapposta un'asta che indica lo spessore del cristallo su 
un righello
 
il cristallo si deformerï¿½ leggermente esercitando a sua volta sul peso 
una forza uguale e contraria
 
se applichi per un istante un ulteriore peso di 100kg al cristallo, 
quando lo togli l'asta dovrebbe tornare alla posizione precedente 
indipendentemente dal fatto che il potenziale elettrico sia stato o 
meno sfruttato, ovvero il cristallo dovrebbe essere in grado di 
esercitare la stessa forza precedente (se era questo che intendevi)
 
penso che in mancanza di un circuito che sfrutti la DDP che si viene a 
creare tra le facce del cristallo, l'energia meccanica applicata al 
cristallo si trasformi tutta in incremento termico, mentre quando un 
circuito viene collegato al cristallo piezoelettrico parte di questa 
energia viene trasformata in energia elettrica
 
ma la mia ï¿½ solo una supposizione, spero che qualcuno competente in 
materia (e qui ce ne sono a bizzeffe) possa confermare o smentire
 
-- 
bye
!(!1|1)

 corrente oppure no?
 
 
In via di principio, come ho giï¿œ detto, il materiale piezoelettrico ï¿œ 
reversibile (Curie-Lippmann). Quando lo si deforma (trazione o 
compressione) su un certo asse (detto 'meccanico') il cristallo si 
polarizza (sull'asse detto 'elettrico'), il che significa aumento di 
densitï¿œ di carica su una faccia. Se la forza viene eliminata il 
cristallo torna in equilibrio elettrico, ossia il materiale torna a 
essere elettricamente neutro. Se le cariche vengono asportate (cioï¿œ 
corrente, che implica un circuito esterno chiuso), esse quando la forza 
viene eliminata vengono reintegrate (direi risucchiate) dalle cariche 
libere del conduttore che collega il cristallo al carico, quindi il 
cristallo torna nelle condizioni originali meccanicamente - per via di 
normale elasticitï¿œ - ma anche elettricamente. Non che il cristallo non 
sia percorso da corrente, ma quella in genere (dipende dai materiali) ï¿œ 
solo capacitiva; perciï¿œ ho detto che la struttura ï¿œ quella del 
condensatore: cioï¿œ la corrente interna ï¿œ (ripeto in genere) solo dovuta 
a spostamenti di polarizzazioni, non a elettroni liberi.
Se non maltrattato oltre i limiti elastici nï¿œ posto in ambienti 
inquinati, in pratica un materiale piezoelettrico non subisce 
alterazioni o invecchiamento.
 
Un saluto
Omega

 chiedo scusa a chi lo ha giï¿½ messo nel killfile
 
Insomma hai solo saputo snocciolare insolenze e ulteriori balbettamenti 
sul tema, ma se ti senti forte con questo comportamento, ti auguro che 
ti faccia bene allo spirito.
 
Chissï¿½, magari questo speciale comportamento da superman farï¿½ comparire 
una differenza di potenziale fra le tue orecchie :))
 
Auguri

 seconda che io abbia fatto passare corrente oppure no?
 
Dovresti essere piu' preciso, cosa significa "la forza che il cubetto
esplica" se non si specifica su cosa e come la forza venga esercitata?
Cioe', se inizialmente un agente esterno E comprimeva il cubetto C,  
quando la forza esercitata da E su C diminuisce e il cubetto aumenta
la sue dimensioni, e' ancora vero che la forza esercitata da C su E
e' uguale e opposta a quella esercitata da E su C (terzo principio della
dinamica), ad es. se immaginiamo che E smetta "istantaneamente" di
esercitare una forza su C allora la forza esercitata da C su E durante
il processo in cui C riacquistera' le dimensioni originarie sara' nulla...
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani

> senso che non hanno alcuna relazione con l'argomento in discussione
 
-- 
bye
!(!1|1)

 bizzeffe) possa confermare o smentire
 
Se ce ne fossero a bizzeffe sarebbero intervenuti, mentre io ho visto 
solo insulti, non competenza.
 
Complimenti però: ti dichiari incompetente però ti arroghi la competenza
per giudicare (male) quello che dicono gli altri.
È sempre bello incappare nelle contraddizioni.
Sono segno di profonda riflessione e lucidità.
 
Il "lurker" ne ha dimostrate molte di più.
 
--


 
Il materiale piezoelettrico � elastico. Ci� significa che togliendo la forza 
che lo comprime eserciter� (mi scuso per il termine "esplica" ma il concetto 
era chiaramente quello) una forza su qualsiasi cosa si contrapponga cos� 
come eserciteva una forza (uguale e contraria) su E che lo spinegeva, e 
torner� alla forma di prima,  insomma esattamente come una molla.
La forza che esercita mentre torna allo stato originario sar� uguale in caso 
che la ddp sia stata chiusa su una circuito oppure no? 
 

 cristallo si trasformi tutta in incremento termico
 
Una parte dell'energia viene sicuramente dispersa, ma la parte maggiore 
e piu' interessante viene immagazzinata in un campo elettrico.
 
 
-- 
TRu-TS
buon vento e cieli sereni

 in caso che la ddp sia stata chiusa su una circuito oppure no?
 
Ripeto, la forza che C esercita su E durante l'espansione dipende
da come E agisce su C durante l'espansione, ad es. nel caso limite
in cui E istantaneamente cessasse di esercitare una forza su C
(immagina due ganasce che inizialmente stringano C e poi si
allarghino "istantaneamente") allora la forza esercitata da C su
E risulterebbe nulla.
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani
 

 No, questo creerebbe energia dal nulla.
 
scusa, ma l'energia non ï¿½ data dal peso aggiuntivo di 100kg?
se il cristallo non esercitasse la stessa forza uguale e contraria al 
peso di 1kg come potrebbe l'asta tornare alla posizione precedente?
 
-- 
bye
!(!1|1)

 per giudicare (male) quello che dicono gli altri.
 
il problema ï¿½ che io sono consapevole di quanto poco conosco e del 
tanto che ignoro, mentre tu credendo di sapere tutto scrivi una serie 
interminabile di indecenti corbellerie tipo il transistor a base 
comune che avrebbe un'impedenza di ingresso elevatissima e lavorerebbe 
con la giunzione base-emettitore polarizzata inversamente
 
altra differenza ï¿½ che quando qualcuno mi fa notare i miei errori 
(quelli veri non quelli che esistono nel tuo universo parallelo) lo 
ringrazio e se il caso chiedo chiarimenti, tu invece cerchi di 
mistificare quello che il tuo interlocutore ha scritto e rilanci con 
nuove corbellerie
-- 
bye
!(!1|1)


 
p.s. non ho nï¿½ un accendisigari, nï¿½ un accendigas piezoelettico (non 
fumo e ho un piano a induzione) quindi non posso fare l'esperimento 
che hai proposto :-)
-- 
bye
!(!1|1)
 

Tommaso Russo, Trieste

Temo di no. La scintilla è un arco elettrico (plasma + gas), quindi la 
maggior parte dell'energia viene dissipata lì dentro.
 
In tal caso la reazione del cristallo alla forza applicata cambia 
sensibilmente?
Io non credo che il cedimento che si avverte in un  accendigas sia la 
cessazione della forza di reazione del cristallo, a meno di non 
ammettere la perdita da parte del cristallo (es. quarzo) delle 
caratteristiche elastiche, che è molto improbabile.(*)
 
Eliminando per ora l'intervento dell'arco, che confonde sempre le acque 
con le sue bizzarre e imprevedibili caratteristiche, proviamo a pensare 
a un cristallo chiuso (asse elettrico) su un cortocircuito (la corrente 
istantanea è elevata ma dura frazioni di millisecondo). Due casi:
 
1. il cortocircuito pareggia il potenziale sulle due facce del cristallo 
muovendo le cariche libere nel conduttore stesso che realizza il 
cortocircuito: quindi sparisce la ddp, ma la deformazione del cristallo 
e quindi la sua polarizzazione (che ha natura meccanica) non spariscono 
se non sulla superficie dove c'è stato un aumento/diminuizione di 
densità di carica a causa della deformazione e della migrazione di 
cariche libere nel conduttore; perciò è ragionevole dedurre che 
togliendo il carico meccanico il cristallo recuperi meccanicamente ma 
anche elettricamente, perché ha a disposizione le medesime cariche 
libere del conduttore del cortocircuito. Teniamo presente che il 
cristallo non è conduttore, quindi l'abbattimento della ddp va a spese 
di un addensamento di cariche entro il conduttore come accade in un 
conduttore aperto sottoposto a un campo magnetico variabile, cariche che 
quindi tornano al loro posto una volta che si annulla la deformazione 
del cristallo; dunque in questo caso non succede niente: tutto torna 
come prima;
 
2. supponiamo ora che, rimanendo la forza applicata, il cortocircuito 
dopo un po' venga rimosso. In tal caso che cosa accade al cristallo, 
dato che la ddp ai suoi capi è stata eliminata dal cortocircuito? La 
deformazione interna rimane a causa del carico meccanico, quindi la 
polarizzazione si manifesta di nuovo - immediatamente, anche in 
superficie. Ma non va dimenticato che il cortocircuito aveva polarizzato 
e quindi deformato a rovescio una delle facce (il fenomeno 
piezoelettrico è reversibile), per via dell'addensamento delle cariche 
nel conduttore, quindi la polarizzazione del cristallo ha tutto a 
disposizione per riequilibrarsi elettricamente oltre che elasticamente, 
immediatamente dopo la rimozione del cortocircuito.
 
Perciò penso che, a parte i fenomeni d'arco che pasticciano sempre 
tutto, il cristallo non perda mai le sue caratteristiche, né elastiche 
né elettrostatiche. Ma anche l'arco è un conduttore, quindi in 
definitiva quanto detto ai punti 1 e 2 resta valido anche in quel caso.
 
(*) a quanto ne so c'è un grezzo "scappamento" meccanico che limita la 
forza applicabile al cristallo, non un cedimento della reazione del 
cristallo.
 
Saluti

 della reazione del cristallo.
 
 
Ma ne hai mai aperto uno?
 
Io sì, e non ho visto scappamenti meccanici ma solo una pressa
che schiaccia il materiale piezoelettrico e un filo che va
all'elettrodo.
 
 
-- 
"Eppur si ferma!"
  (Cananeo Cananei)

 riacquista la forma iniziale, ma non con la stessa forza di prima.
 
da quanto ho appreso sui siti dei produttori le contrazioni del 
cristallo sono dell'ordine dei micron o anche meno, quindi niente di 
sensibile...
poi una pressione lenta e continua porta ad una dispersione interna 
delle cariche
 
probabilmente nel caso che hai posto ci saranno una serie di colpi 
trasmessi al cristallo più che una compressione
 
-- 
bye
!(!1|1)


 
-- 
bye
!(!1|1)


 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)


 
se premi lento forse c'ï¿½ un maggior attrito nel rilascio del 
meccanismo che colpisce il cristallo (ergo minor energia cinetica) 
quindi probabilmente si ha una tensione di picco inferiore e una 
maggiore dispersione di cariche interna (vedi circuito equivalente) 
tra i colpi
 
proprio per questo motivo come trasduttori i materiali piezoelettrici 
vengono usati per lo piï¿½ in applicazioni dinamiche (i trasduttori 
piezoelettrici di posizione sono generatori/ricevitori di ultrasuoni 
che misurano il ritardo degli echi)
 
-- 
bye
!(!1|1)