Cristais piezoelétricos geram eletricidade através do fenômeno conhecido como piezoeletricidade, onde certos materiais produzem uma carga elétrica em resposta ao estresse mecânico ou pressão aplicada a eles. Este efeito é baseado na capacidade do cristal de converter energia mecânica (deformação) em energia elétrica (tensão).
Quando um cristal piezoelétrico é mecanicamente deformado ou comprimido, causa deslocamento interno de cargas positivas e negativas dentro da rede cristalina. Este deslocamento cria uma diferença de potencial através do cristal, resultando na geração de uma tensão elétrica. Por outro lado, quando um campo elétrico é aplicado através do cristal, pode induzir deformação mecânica, demonstrando a natureza bidirecional da piezoeletricidade.
Os materiais piezoelétricos exibem essa propriedade devido à sua estrutura cristalina única, onde os íons estão dispostos assimetricamente. Essa assimetria permite que gerem uma carga elétrica quando submetidos a estresse ou pressão mecânica. Os materiais piezoelétricos comuns incluem quartzo, sal de Rochelle e vários cristais cerâmicos, como titanato de zirconato de chumbo (PZT), que são amplamente utilizados em sensores, atuadores e dispositivos de coleta de energia.
O princípio da piezoeletricidade depende da capacidade do cristal de produzir uma carga elétrica em resposta ao estresse ou pressão mecânica aplicada. Este fenômeno surge da polarização do cristal sob tensão mecânica, onde o deslocamento de cargas positivas e negativas resulta em uma tensão mensurável através do material. Esta propriedade torna os materiais piezoelétricos valiosos em diversas aplicações, incluindo sensores para medição de pressão, acelerômetros para detecção de vibrações e transdutores para conversão de energia mecânica em sinais elétricos.
A eletricidade é produzida por pressão em um dispositivo piezoelétrico através da conversão direta de energia mecânica em energia elétrica. Quando a pressão é aplicada a um cristal piezoelétrico, causa uma deformação ou tensão na estrutura cristalina, levando ao deslocamento de cargas positivas e negativas dentro do material. Este deslocamento gera uma diferença de potencial elétrico através do cristal, resultando no fluxo de corrente elétrica se um circuito externo estiver conectado. Essa capacidade permite que dispositivos piezoelétricos convertam vibrações mecânicas, movimentos ou flutuações de pressão em energia elétrica utilizável, tornando-os adequados para aplicações como coleta de energia de passos, vibrações em máquinas ou ondas acústicas no ambiente.