Accendini e piezoelettricità

Accendini. Colorati, enormi, minuscoli, luminosi, economici o molto costosi. Insomma, ce ne sono di tutti i tipi e ci si fanno le cose più disparate, dall'aprire bottiglie di birra a conoscere sconosciuti fuori ad un bar. Ma fondamentalmente, servono a generare una fiamma.

Inventati nel 1823 dal chimico tedesco Johann Wolfgang Döbereiner, solo a partire dal Novecento comincia la produzione in grande scala di questi utensili che sono formati sostanzialmente da un serbatoio (dove è risposto il combustibile), una valvola di sfiato (che consente al combustibile di fuoriuscire dal serbatoio) e un sistema di accensione.

Quest’ultimo può essere, come avviene nei casi più tradizionali, una pietra focaia che genera una scintilla tramite l'azione meccanica di una rondella.

Ma noi fisici spalestrati vogliamo sempre essere alla moda, e questi antiquati meccanismi non ci solleticano l'intelletto.

Per fortuna sin dagli anni 2000 il sistema di accensione di alcuni accendini è stato sostituito da un generatore piezoelettrico. *brividino*

“Piezo” in greco significa “pressione”, per cui l'etimologia ci lascia intuire che il meccanismo di funzionamento si basa sull'applicare una forza su di una superficie. In natura esistono infatti alcuni materiali che hanno la speciale caratteristica di produrre una differenza di potenziale in seguito alla compressione: questa è per l’appunto la piezoelettricità. Ora ti spiego.

Piezoelettricità

Scoperta nel 1880 dai radioattivi Pierre Curie e Paul-Jacques Curie, la piezoelettricità è appunto la proprietà di un cristallo di generare una tensione a seguito di una compressione.((Il principio fisico alla base di un comportamento simile sta nel fatto che comprimendo o dilatando un materiale si altera la neutralità dello stesso: muovendo la struttura (che è fatta di ioni positivi) gli elettroni rimangono fermi e "scoperti". Questa è una spiegazione molto alla buona: in realtà bisognerebbe studiare la struttura cristallina e le orbitali molecolari, ma questo va oltre lo scopo dell'articolo.))

Immagina di avere un cilindro di materiale piezoelettrico, come quello qui affianco nell'immagine. Facendo pressione sulle due facce con il pollice e l'indice è possibile misurare una differenza di potenziale, e quindi generare una corrente. Questo significa che idealmente, se aveste dei fili elettrici dalle due facce del cilindro potreste ad esempio accendere una lampadina.

Questo fenomeno prende il nome di effetto piezoelettrico diretta, che consiste nel passaggio da compressione ad elettricità.

I Curie poi, seguendo l'ipotesi di Gabriel Lippmann, scoprirono che l'effetto è reversibile, battezzando così l'effetto piezoelettrico inverso.

In questo caso unendo i poli ad un generatore è quindi possibile "controllare" il volume della sostanza. Questo significa che è possibile collegare il nostro cilindro ad un generatore di tensione e con questo regolarne la lunghezza (si parla di variazioni infinitesime, ma comunque osservabili).

Le applicazioni di un effetto simile sono davvero infinite. Giusto per citarne due:

• poter tradurre la pressione in un segnale di corrente significa poter costruire dei sensori di pressione, quindi ad esempio dei "microfoni" che trasformano la pressione acustica in un segnale digitale sonoro

• poter usare un segnale di tensione per regolare la lunghezza di un componente significa poter mettere in movimento un robot, come mostrato QUI

E sono solo due esempi: si parla già di chirurgia piezoelettrica, per rendere il taglio delle ossa ad esempio il meno invasivo possibile o di pannelli fotovoltaici ibridi che sfruttano le vibrazioni dell'ambiente per aumentare la propria efficienza.

E poi c'è l'accendino piezoelettrico, che con questa "nuova" tecnologia riesce creare una scintilla senza necessitare di una fonte di elettricità o di una pietra focaia, in quanto la corrente necessaria deriva direttamente dalla pressione del “tasto”.

Quindi quando vi accenderete la prossima sigaretta, pensate a tutta la fisica che state per innescare.