La differenza fondamentale tra piezoelettrico piroelettrico e ferroelettrico è che l'effetto piezoelettrico è la generazione di una carica superficiale in risposta all'applicazione di sollecitazioni esterne a un materiale, ma l'effetto piroelettrico è il cambiamento nella polarizzazione spontanea di un materiale in risposta ad una variazione di temperatura. Considerando che l'effetto ferroelettrico è un cambiamento nella carica superficiale in risposta al cambiamento nella polarizzazione spontanea.
Piezoelettrico, piroelettrico e ferroelettrico sono tre termini che usiamo per descrivere le proprietà elettriche dei materiali solidi. Questi tre effetti sono diversi l'uno dall' altro in base alle risposte che mostrano in base alle modifiche apportate alle loro altre proprietà.
Cos'è il piezoelettrico?
Piezoelettrico si riferisce alla proprietà di alcuni materiali solidi in cui questi materiali possono accumulare la carica elettrica in seguito all'applicazione di sollecitazioni meccaniche. In altre parole, si riferisce all'elettricità risultante dalla pressione e dal calore latente. Questo termine ha origine dal greco, dove piezin significa spremere o premere ed elektron significa ambra (una prima fonte di carica elettrica). Questa proprietà è denominata piezoelettricità e i materiali che mostrano questa proprietà includono cristalli, alcune ceramiche e materia biologica come ossa, DNA e varie proteine.
Tipicamente, l'effetto piezoelettrico può portare all'interazione elettromeccanica lineare tra gli stati meccanici ed elettrici in materiali cristallini privi di simmetria di inversione. Inoltre, questo effetto è reversibile poiché i materiali che possono mostrare un effetto piezoelettrico possono anche mostrare l'effetto opposto (è la generazione di una deformazione meccanica che proviene da un campo elettrico applicato).
Figura 01: Generazione di una tensione da parte di un disco piezoelettrico in caso di deformazione
La natura dell'effetto piezoelettrico è molto simile a quella del momento di dipolo elettrico nei solidi. Possiamo facilmente calcolare la densità o la polarizzazione del dipolo sommando i momenti di dipolo per volume della cella unitaria cristallografica. Di solito, i dipoli vicini tendono ad allinearsi in regioni denominate domini Weiss. Questo processo di allineamento è chiamato polo in cui un forte campo elettrico viene applicato attraverso i materiali a temperature elevate. Tuttavia, tutti i materiali piezoelettrici non possono essere polarizzati.
Cos'è il piroelettrico?
Piroelettrico significa che la proprietà di alcuni cristalli ha un ampio campo elettrico dovuto alla polarizzazione elettrica naturale. In altre parole, è la capacità di alcuni solidi di generare una tensione temporanea durante il riscaldamento o il raffreddamento. Questo termine ha origine dal significato greco; pyr significa "fuoco" ed "elettricità". I cambiamenti nelle condizioni di temperatura possono modificare leggermente le posizioni degli atomi all'interno della struttura cristallina e cambia la polarizzazione del materiale. Questo cambiamento di polarizzazione può dare origine a una tensione attraverso il cristallo. Tuttavia, il campo piezoelettrico che una volta si forma scompare lentamente a causa della corrente di dispersione. Questa perdita si verifica a causa del movimento degli elettroni attraverso il cristallo, del movimento degli ioni nell'aria e della perdita di corrente attraverso un voltmetro collegato attraverso il cristallo.
Figura 02: un sensore piroelettrico
L'effetto piroelettrico si verifica a causa di stati di energia elettrica e termica che non producono un valore di energia cinetica. Al contrario, l'effetto piezoelettrico si verifica a causa dell'energia cinetica e dell'energia elettrica che non produce calore. I materiali piroelettrici sono duri e cristalli. Ma ci possono essere anche dei materiali morbidi che sono realizzati attraverso l'uso di elettrete.
Cos'è Ferroelettrico?
Il ferroelettrico si riferisce alla proprietà di alcuni materiali di avere una polarizzazione elettrica spontanea che è reversibile attraverso l'applicazione di campi elettrici esterni. Di solito, tutti i materiali ferroelettrici sono piroelettrici, ma hanno un'ulteriore proprietà di polarizzazione elettrica naturale reversibile. Il termine ferroelettrico deriva dal ferromagnetismo, scoperto prima della scoperta della ferroelettricità.
Questo tipo di materiale è utile nella realizzazione di condensatori a causa della loro natura non lineare. Tipicamente, questi condensatori contengono una coppia di elettrodi che racchiudono uno strato di materiale ferroelettrico. Inoltre, la polarizzazione spontanea dei materiali ferroelettrici implica un effetto di isteresi dove possiamo utilizzarlo in funzione di memoria. Inoltre, i condensatori ferroelettrici sono utili per creare RAM ferroelettriche.
Qual è la differenza tra piezoelettrico piroelettrico e ferroelettrico?
I termini effetto piezoelettrico, piroelettrico e ferroelettrico si riferiscono alle proprietà elettriche dei materiali solidi. Il differenza fondamentale tra piroelettrico piezoelettrico e ferroelettrico è quello l'effetto piezoelettrico è la generazione di una carica superficiale in risposta all'applicazione di sollecitazioni esterne a un materiale. Nel frattempo, l'effetto piroelettrico è il cambiamento nella polarizzazione spontanea di un materiale in risposta a un cambiamento di temperatura. Considerando che l'effetto ferroelettrico è il cambiamento nella polarizzazione spontanea che si traduce in un cambiamento nella carica superficiale.
La seguente infografica presenta le differenze tra piezoelettrico piroelettrico e ferroelettrico in forma tabellare per un confronto fianco a fianco.
Riepilogo – Piezoelettrico vs Piroelettrico vs Ferroelettrico
L'effetto piezoelettrico è la generazione di una carica superficiale in risposta all'applicazione di sollecitazioni esterne al materiale, mentre l'effetto piroelettrico è il cambiamento nella polarizzazione spontanea di un materiale in risposta a un cambiamento di temperatura. L'effetto ferroelettrico è un cambiamento nella carica superficiale in risposta al cambiamento nella polarizzazione spontanea. Quindi, questa è la differenza chiave tra piezoelettrico piroelettrico e ferroelettrico.
