How to squeeze electricity out of crystals - Ashwini Bharathula

Cómo producir electricidad a partir de cristales - Ashwini Bharathula

Traductor: Sebastian Betti Revisor: Denise RQ

This is a crystal of sugar.

Este es un cristal de azúcar.

If you press on it, it will actually generate its own electricity.

En realidad, bajo presión, genera su propia electricidad.

How can this simple crystal act like a tiny power source?

¿Cómo puede este simple cristal actuar como una fuente de energía?

Because sugar is piezoelectric.

Porque el azúcar es piezoeléctrico.

Piezoelectric materials turn mechanical stress,

Los materiales piezoeléctricos transforman la tensión mecánica,

like pressure,

como la presión, las ondas sonoras y otras vibraciones

sound waves,

and other vibrations

into electricity and vice versa.

en electricidad y viceversa.

This odd phenomenon was first discovered

Este extraño fenómeno fue descubierto

by the physicist Pierre Curie and his brother Jacques in 1880.

por el físico Pierre Curie y su hermano Jacques, en 1880.

They discovered that if they compressed thin slices of certain crystals,

Descubrieron que si comprimían láminas finas de ciertos cristales,

positive and negative charges would appear on opposite faces.

se generaban cargas positivas y negativas en las caras opuestas.

Esta diferencia en carga, o voltaje,

This difference in charge, or voltage,

meant that the compressed crystal could drive current through a circuit,

implicaba que el cristal comprimido podía conducir una señal eléctrica

like a battery.

por un circuito, como una batería.

And it worked the other way around, too.

El fenómeno también ocurre a la inversa:

Running electricity through these crystals made them change shape.

sometidos a un campo eléctrico, estos cristales se deforman.

Both of these results,

Ambos resultados,

turning mechanical energy into electrical,

convertir energía mecánica en eléctrica, y energía eléctrica en mecánica,

and electrical energy into mechanical,

were remarkable.

eran notables.

But the discovery went uncelebrated for several decades.

Pero el descubrimiento pasó desapercibido durante varias décadas.

La primera aplicación práctica fue en los sonares

The first practical application was in sonar instruments

used to detect German submarines during World War I.

para detectar submarinos alemanes durante la Primera Guerra Mundial.

Piezoelectric quartz crystals in the sonar's transmitter

Los cristales de cuarzo piezoeléctricos del transmisor del sonar

vibrated when they were subjected to alternating voltage.

vibraban al someterlas al voltaje alterno.

That sent ultrasound waves through the water.

Eso enviaba ondas ultrasónicas a través del agua.

Measuring how long it took these waves to bounce back from an object

Medir cuánto tiempo demoraban estas ondas en rebotar en un objeto

revealed how far away it was.

revelaba cuán lejos estaba.

For the opposite transformation,

Para la transformación opuesta, convertir energía mecánica en eléctrica,

converting mechanical energy to electrical,

consider the lights that turn on when you clap.

piensa en las luces que se encienden al dar palmadas.

Clapping your hands send sound vibrations through the air

Las palmadas propagan vibraciones de sonido por del aire

and causes the piezo element to bend back and forth.

y hace que el elemento piezoeléctrico se deforme comprimiéndose y relajándose.

This creates a voltage that can drive enough current to light up the LEDs,

Esto crea un voltaje que puede generar suficiente corriente para encender LEDs,

though it's conventional sources of electricity that keep them on.

aunque las fuentes convencionales de electricidad las mantienen en marcha.

So what makes a material piezoelectric?

Entonces, ¿qué convierte a un material en piezoeléctrico?

The answer depends on two factors:

La respuesta depende de dos factores:

the materials atomic structure,

de la estructura atómica de los materiales

and how electric charge is distributed within it.

y de cómo se distribuye la carga eléctrica dentro de ella.

Many materials are crystalline,

Muchos materiales son cristalinos,

meaning they're made of atoms or ions

es decir que están hechos de átomos o iones

arranged in an orderly three-dimensional pattern.

dispuestos en un patrón tridimensional ordenado.

That pattern has a building block called a unit cell

Ese patrón presenta una unidad de base, o celda unitaria,

that repeats over and over.

que se repite una y otra vez.

In most non-piezoelectric crystalline materials,

En la mayoría de los materiales cristalinos no piezoeléctricos,

the atoms in their unit cells are distributed symmetrically

los átomos de sus celdas unitarias adoptan una distribución simétrica

around a central point.

alrededor de un punto central.

But some crystalline materials don't possess a center of symmetry

Pero algunos materiales cristalinos no tienen un centro de simetría

making them candidates for piezoelectricity.

lo que los hace candidatos a la piezoelectricidad.

Let's look at quartz,

Veamos el cuarzo,

a piezoelectric material made of silicon and oxygen.

un material piezoeléctrico hecho de silicio y oxígeno.

The oxygens have a slight negative charge and silicons have a slight positive,

Los átomos de oxígeno tienen una leve carga negativa

y los de silicio una leve carga positiva,

creating a separation of charge,

lo que induce una separación de carga, o un dipolo, a lo largo de cada enlace.

or a dipole along each bond.

Normalmente, estos dipolos se anulan entre sí,

Normally, these dipoles cancel each other out,

so there's no net separation of charge in the unit cell.

por lo que no hay una separación clara de la carga en la celda unitaria.

But if a quartz crystal is squeezed along a certain direction,

Pero si se comprime un cristal de cuarzo en una dirección específica

the atoms shift.

los átomos se desplazan.

Because of the resulting asymmetry in charge distribution,

Debido a la asimetría resultante en la distribución de cargas,

the dipoles no longer cancel each other out.

los dipolos ya no se cancelan mutuamente.

The stretched cell ends up with a net negative charge on one side

La celda elongada termina

con una carga neta negativa en un lado y una carga neta positiva en el otro.

and a net positive on the other.

Esta diferencia de carga se traslada por todo el material

This charge imbalance is repeated all the way through the material,

and opposite charges collect on opposite faces of the crystal.

y las cargas opuestas se ordenan en las caras opuestas del cristal.

This results in a voltage that can drive electricity through a circuit.

Esto resulta en un voltaje que puede conducir electricidad por un circuito.

Piezoelectric materials can have different structures.

Los materiales piezoeléctricos pueden tener estructuras diferentes,

But what they all have in common is unit cells which lack a center of symmetry.

pero todos tienen una estructura de base carente de centro de simetría.

And the stronger the compression on piezoelectric materials,

Y cuanto más fuerte sea la compresión de los materiales piezoeléctricos,

the larger the voltage generated.

mayor será el voltaje generado.

Stretch the crystal, instead, and the voltage will switch,

Si en cambio se elonga el cristal,

el voltaje cambia, propagando la corriente en sentido contrario.

making current flow the other way.

More materials are piezoelectric than you might think.

Hay más materiales piezoeléctricos de los que podría creerse.

DNA,

El ADN, el hueso y la seda

bone,

and silk

all have this ability to turn mechanical energy into electrical.

tienen esta capacidad de convertir energía mecánica en energía eléctrica.

Scientists have created a variety of synthetic piezoelectric materials

Los científicos han creado una variedad de materiales piezoeléctricos sintéticos

and found applications for them in everything from medical imaging

con amplias aplicaciones

desde la imagenología médica hasta la impresión de chorro de tinta.

to ink jet printers.

Piezoelectricity is responsible for the rhythmic oscillations

La piezoelectricidad es la responsable de las oscilaciones rítmicas

of the quartz crystals that keep watches running on time,

de los cristales de cuarzo que mantienen en hora a los relojes,

the speakers of musical birthday cards,

de los altavoces de las tarjetas de cumpleaños musicales

and the spark that ignites the gas in some barbecue grill lighters

y de la chispa que enciende el gas en algunas parrillas de barbacoa

when you flick the switch.

al pulsar el interruptor.

And piezoelectric devices may become even more common

Y los dispositivos piezoeléctricos pueden tornarse algo cada vez más común

since electricity is in high demand and mechanical energy is abundant.

ya que hay alta demanda de electricidad y la energía mecánica es abundante.

There are already train stations that use passengers' footsteps

Ya hay estaciones de tren que usan los pasos de los pasajeros

to power the ticket gates and displays

para alimentar las puertas de paso y las pantallas informativas,

and a dance club where piezoelectricity helps power the lights.

y clubes de baile con luces mantenidos gracias a la piezoelectricidad.

¿Podrían los jugadores de baloncesto con sus idas y vueltas alimentar el tanteador?

Could basketball players running back and forth power the scoreboard?

Or might walking down the street charge your electronic devices?

¿O el caminar por la calle alimentar los dispositivos electrónicos?

What's next for piezoelectricity?

¿Cómo sigue la piezoelectricidad?