¿Cómo funciona un encendedor piezoeléctrico?

El mecanismo piezoeléctrico es la separación de carga.

Algunos materiales están compuestos de moléculas polares que tienen un momento dipolo incorporado. Es decir, hay más carga negativa en un extremo de la molécula y más carga positiva en el otro. La aplicación de estrés puede inducir rotaciones y mejoras de estos momentos. Esto no es cuarzo.

En otros materiales, los momentos dipolares no están presentes debido a las simetrías incorporadas de la celda unitaria. Pero en estos últimos materiales, las geometrías especiales pueden hacer posible que se induzca un momento dipolar mediante la aplicación de tensiones. Por ejemplo, esta celda unitaria hexagonal simétrica sin inversión no tiene un momento dipolar neto en su estado sin comprimir, pero bajo tensión, se desarrolla un dipolo inducido perpendicular a la dirección de la fuerza aplicada:
Deforma un cristal entero, que es solo una colección ordenada regularmente de estas células unitarias, y puedes generar un campo eléctrico entre las superficies del cristal.

Esto es cuarzo. Es el primer material piezoeléctrico que se descubrió y se usa ampliamente en dispositivos piezoeléctricos porque es particularmente adecuado. Responde a los esfuerzos de compresión, tensión y corte, y dependiendo de cómo se corte el cristal, podemos ajustar fácilmente el ángulo entre el esfuerzo mecánico aplicado y la dirección del dipolo formado.

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El formalismo no es demasiado difícil de imaginar. Para el efecto piezoeléctrico directo:

Donde las entidades entre paréntesis son tensores que se transforman entre vectores de 3 o 6 dimensiones, dependiendo de si se incluye el esfuerzo cortante, p. Ej.
Los elementos individuales de los tensores se determinan experimentalmente en su mayor parte. Según Wikipedia al menos, una fuerza de 2 kN en 1 cm ^ 3 de cuarzo puede producir una diferencia de potencial de 12,500 V. Suficiente para una chispa.

También existe el efecto inverso, los campos eléctricos producen deformaciones mecánicas en los materiales piezoeléctricos. Así es como funcionan las etapas mecánicas de muy alta precisión.

(La mayoría de estos gráficos los robé. No los hice).