{"id":60478,"date":"2023-08-03T09:00:00","date_gmt":"2023-08-03T16:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.autodesk.com\/products\/fusion-360\/blog\/?p=60478"},"modified":"2023-08-02T18:56:04","modified_gmt":"2023-08-03T01:56:04","slug":"piezoelectricity","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.autodesk.com\/products\/fusion-360\/blog\/it\/piezoelectricity\/","title":{"rendered":"Piezoelettricit\u00e0 e cristalli che conducano corrente elettrica"},"content":{"rendered":"\n<p><em>Scopri come la piezoelettricit\u00e0 produce una carica elettrica applicando una sollecitazione meccanica ad un materiale piezoelettrico.<\/em><\/p>\n\n\n\n<p>Piezo cosa? Per quanto possa sembrare strano, capire il funzionamento della piezoelettricit\u00e0 \u00e8 <a href=\"https:\/\/www.explainthatstuff.com\/piezoelectricity.html\">molto semplice<\/a>. Il termine piezoelettrico deriva dalla parola greca &#8220;piezein&#8221;, che significa letteralmente &#8220;spremere&#8221; o &#8220;premere&#8221;. Anzich\u00e9 spremere l&#8217;uva per fare il vino, spremiamo i cristalli per ottenere corrente elettrica. La piezoelettricit\u00e0 \u00e8 presente in moltissimi dispositivi elettronici di uso quotidiano, dagli orologi al quarzo agli altoparlanti, ai microfoni.<\/p>\n\n\n\n<p>In breve, <strong>la piezoelettricit\u00e0 \u00e8 il processo di utilizzo dei cristalli per convertire l&#8217;energia meccanica in energia elettrica o viceversa.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"576\" src=\"https:\/\/www.autodesk.com\/products\/fusion-360\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/shutterstock_1832334742-1024x576.jpg\" alt=\"piezoelectricity-crystals\" class=\"wp-image-40531\" srcset=\"https:\/\/www.autodesk.com\/products\/fusion-360\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/shutterstock_1832334742-1024x576.jpg 1024w, https:\/\/www.autodesk.com\/products\/fusion-360\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/shutterstock_1832334742-300x169.jpg 300w, https:\/\/www.autodesk.com\/products\/fusion-360\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/shutterstock_1832334742-768x432.jpg 768w, https:\/\/www.autodesk.com\/products\/fusion-360\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/shutterstock_1832334742-1536x864.jpg 1536w, https:\/\/www.autodesk.com\/products\/fusion-360\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/shutterstock_1832334742.jpg 1920w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<p>I cristalli regolari sono definiti dalla loro struttura organizzata e ripetuta di atomi tenuti insieme da legami, chiamata cella unitaria. La maggior parte dei cristalli, come il ferro, include una cella unitaria simmetrica. Questo li rende inutili per gli scopi piezoelettrici.<\/p>\n\n\n\n<p>Esistono altri cristalli che vengono accomunati ai <strong>materiali piezoelettrici<\/strong>. La struttura di questi cristalli non \u00e8 simmetrica, ma li mantiene comunque in un equilibrio elettricamente neutro. Tuttavia, se si applica una pressione meccanica ad un cristallo piezoelettrico, la struttura si deforma, gli atomi si spostano e si ottiene un cristallo che conduce corrente elettrica. Se si prende lo stesso cristallo piezoelettrico e si applica una corrente elettrica, il cristallo si espande e si contrae, convertendo l&#8217;energia elettrica in energia meccanica.<\/p>\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"tipi-di-materiali-piezoelettrici\">Tipi di materiali piezoelettrici<\/h2>\n\n\n<p>Esistono molti materiali piezoelettrici, artificiali o naturali, in grado di condurre corrente elettrica. Il primo materiale piezoelettrico, e anche il pi\u00f9 noto, utilizzato nei dispositivi elettronici \u00e8 il cristallo di quarzo. Altri materiali piezoelettrici presenti in natura sono lo zucchero di canna, il sale di Rochelle, il topazio, la tormalina e persino le ossa.<\/p>\n\n\n\n<p>Quando la tecnologia piezoelettrica ha iniziato a decollare dopo la prima guerra mondiale, abbiamo iniziato a sviluppare materiali artificiali in grado di competere con le prestazioni del quarzo. I materiali piezoelettrici artificiali includono:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li><strong>PZT<\/strong> \u00e8 l&#8217;acronimo di piombo-zirconato di titanio e pu\u00f2 produrre una tensione maggiore rispetto al quarzo a parit\u00e0 di pressione meccanica.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Titanato di bario<\/strong> \u00e8 un materiale piezoelettrico ceramico scoperto durante la seconda guerra mondiale, noto per la lunga durata.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Niobato di litio<\/strong> \u00e8 un materiale che combina ossigeno, litio e niobio in un materiale ceramico che funziona in modo simile al titanato di bario.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"671\" height=\"700\" src=\"https:\/\/www.autodesk.com\/products\/fusion-360\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/shutterstock_236457343.jpg\" alt=\"piezoelectricity-graphic\" class=\"wp-image-40536\" srcset=\"https:\/\/www.autodesk.com\/products\/fusion-360\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/shutterstock_236457343.jpg 671w, https:\/\/www.autodesk.com\/products\/fusion-360\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/shutterstock_236457343-288x300.jpg 288w\" sizes=\"auto, (max-width: 671px) 100vw, 671px\" \/><\/figure>\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"funzionamento-della-piezoelettricita\">Funzionamento della piezoelettricit\u00e0<\/h2>\n\n\n<p>Abbiamo materiali specifici adatti alle applicazioni della piezoelettricit\u00e0, ma come funziona esattamente il processo? Con l&#8217;effetto piezoelettrico. La caratteristica pi\u00f9 singolare di questo effetto \u00e8 che funziona in due modi. \u00c8 possibile applicare energia meccanica o elettrica allo stesso materiale piezoelettrico e ottenere il risultato opposto.<\/p>\n\n\n\n<p>L&#8217;applicazione di energia meccanica ad un cristallo \u00e8 un <strong>effetto piezoelettrico diretto<\/strong> e funziona in questo modo:<\/p>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\">\n<li>Tra due piastre metalliche viene posizionato un cristallo piezoelettrico. In questo modo, il materiale \u00e8 perfettamente bilanciato e non conduce corrente elettrica.<\/li>\n\n\n\n<li>Le piastre metalliche applicano successivamente una pressione meccanica sul materiale, che provoca uno squilibrio tra le cariche elettriche all&#8217;interno del cristallo. Le cariche negative e positive in eccesso si trovano sui lati opposti della faccia del cristallo.<\/li>\n\n\n\n<li>La piastra metallica raccoglie queste cariche, che possono essere utilizzate per produrre una tensione e inviare corrente elettrica attraverso un circuito.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n<p>Ecco appunto che una semplice applicazione di pressione meccanica, la compressione di un cristallo, crea improvvisamente una corrente elettrica. Si pu\u00f2 anche fare il contrario, applicando un segnale elettrico ad un materiale per ottenere l&#8217;<strong>effetto piezoelettrico inverso<\/strong>.Funziona cos\u00ec:<\/p>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\">\n<li>Come nell&#8217;esempio precedente, abbiamo un cristallo piezoelettrico tra due piastre metalliche. La struttura del cristallo \u00e8 perfettamente bilanciata.<\/li>\n\n\n\n<li>Successivamente viene applicata energia elettrica al cristallo, con l&#8217;effetto di restringere ed espandere la struttura.<\/li>\n\n\n\n<li>Quando la struttura del cristallo si espande e si contrae, converte l&#8217;energia elettrica ricevuta e rilascia energia meccanica sotto forma di onda sonora.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n<p>L&#8217;effetto piezoelettrico inverso viene utilizzato in numerose applicazioni. Un esempio \u00e8 quello di un altoparlante che applica una tensione ad una ceramica piezoelettrica, facendo vibrare il materiale nell&#8217;aria sotto forma di onde sonore.<\/p>\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"la-scoperta-della-piezoelettricita\">La scoperta della piezoelettricit\u00e0<\/h2>\n\n\n<p>La piezoelettricit\u00e0 \u00e8 stata scoperta per la prima volta nel 1880 da due fratelli e scienziati francesi, Jacques e Pierre Curie. Mentre sperimentavano diversi cristalli, scoprirono che l&#8217;applicazione della pressione meccanica a cristalli specifici come il quarzo rilasciava una carica elettrica. Chiamarono questo fenomeno &#8220;effetto piezoelettrico&#8221;.<\/p>\n\n\n\n<p>Nei 30 anni successivi, la piezoelettricit\u00e0 fu riservata in gran parte agli esperimenti di laboratorio e ad ulteriori perfezionamenti. Durante la prima guerra mondiale, la piezoelettricit\u00e0 \u00e8 stata utilizzata per applicazioni pratiche nel sonar. Il sonar funziona collegando una tensione ad un trasmettitore piezoelettrico. \u00c8 un esempio concreto di effetto piezoelettrico inverso che converte l&#8217;energia elettrica in onde sonore meccaniche.<\/p>\n\n\n\n<p>Le onde sonore attraversano l&#8217;acqua finch\u00e9 non colpiscono un oggetto, quindi tornano ad un ricevitore sorgente. Questo ricevitore utilizza l&#8217;effetto piezoelettrico diretto per convertire le onde sonore in una tensione elettrica, che un dispositivo di elaborazione del segnale pu\u00f2 quindi elaborare. Utilizzando il tempo che intercorre tra la partenza e il ritorno del segnale, \u00e8 possibile calcolare facilmente la distanza di un oggetto sott&#8217;acqua.<\/p>\n\n\n\n<p>Con il successo del sonar, la piezoelettricit\u00e0 ha attirato l&#8217;attenzione dei militari. Durante la seconda guerra mondiale, questa tecnologia progred\u00ec ulteriormente: ricercatori statunitensi, russi e giapponesi lavorarono per creare nuovi materiali piezoelettrici artificiali chiamati &#8220;ferroelettrici&#8221;. In seguito a questa ricerca sono stati creati due materiali artificiali utilizzati accanto al cristallo di quarzo naturale, ovvero il titanato di bario e il piombo-zirconato di titanio.<\/p>\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"la-piezoelettricita-oggi\">La piezoelettricit\u00e0 oggi<\/h2>\n\n\n<p>Nel mondo dell&#8217;elettronica di oggi, la piezoelettricit\u00e0 viene utilizzata ovunque.\u00a0<a href=\"https:\/\/maps.google.com\/\">Quando si chiedono a Google indicazioni<\/a> per un nuovo ristorante viene utilizzata la piezoelettricit\u00e0 prodotta nel microfono. C&#8217;\u00e8 persino una <a href=\"https:\/\/www.wired.com\/2008\/12\/power-generatin\/\">metropolitana a Tokyo<\/a> che sfrutta l&#8217;energia dei passi umani per alimentare strutture piezoelettriche nel terreno. La piezoelettricit\u00e0 viene utilizzata anche nelle seguenti applicazioni elettroniche:<\/p>\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"attuatori\">Attuatori<\/h3>\n\n\n<p>Gli attuatori utilizzano la piezoelettricit\u00e0 per alimentare dispositivi come macchine per maglieria e braille, videocamere e smartphone. In questo sistema, una piastra metallica e un dispositivo attuatore sono collegati &#8220;a sandwich&#8221; con un materiale piezoelettrico. La tensione viene quindi applicata al materiale piezoelettrico, che si espande e si contrae. Questo movimento causa anche lo spostamento dell&#8217;attuatore.<\/p>\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"altoparlanti-e-cicalini\"><strong>Altoparlanti e cicalini<\/strong><\/h3>\n\n\n<p>Gli altoparlanti utilizzano la piezoelettricit\u00e0 per alimentare dispositivi come le sveglie e altri piccoli dispositivi meccanici che richiedono capacit\u00e0 audio di alta qualit\u00e0. Questi sistemi sfruttano l&#8217;effetto piezoelettrico inverso convertendo un segnale di tensione audio in energia meccanica sotto forma di onde sonore.<\/p>\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"driver\"><strong>Driver<\/strong><\/h3>\n\n\n<p>I driver convertono una batteria a bassa tensione in una tensione pi\u00f9 alta che pu\u00f2 essere utilizzata per azionare un dispositivo piezoelettrico. Questo processo di amplificazione inizia con un oscillatore che emette onde sinusoidali pi\u00f9 piccole. Queste onde sinusoidali vengono poi amplificate con un amplificatore piezoelettrico.<\/p>\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"sensori\"><strong>Sensori<\/strong><\/h3>\n\n\n<p>I sensori sono utilizzati in diverse applicazioni, come i microfoni, le chitarre amplificate e le apparecchiature di imaging medico. In questi dispositivi viene utilizzato un microfono piezoelettrico per rilevare le variazioni di pressione delle onde sonore, che possono poi essere convertite in un segnale elettrico per l&#8217;elaborazione.<\/p>\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"accensione\"><strong>Accensione<\/strong><\/h3>\n\n\n<p>Una delle applicazioni pi\u00f9 semplici della piezoelettricit\u00e0 \u00e8 l&#8217;accendisigari elettrico. Premendo il pulsante dell&#8217;accendino, un martello caricato a molla rilascia un cristallo piezoelettrico. Questo produce una corrente elettrica che attraversa uno spinterometro per riscaldare e accendere il gas. Questo stesso sistema di accensione piezoelettrica \u00e8 utilizzato nei bruciatori a gas e nelle gamme di forni pi\u00f9 grandi.<\/p>\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"motori\"><strong>Motori<\/strong><\/h3>\n\n\n<p>I cristalli piezoelettrici sono perfetti per le applicazioni che richiedono precisione, come il movimento di un motore. In questi dispositivi, il materiale piezoelettrico riceve un segnale elettrico, che viene poi convertito in energia meccanica per forzare lo spostamento di una piastra di ceramica.<\/p>\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"piezoelettricita-e-futuro\">Piezoelettricit\u00e0 e futuro<\/h2>\n\n\n<p>Cosa riserva il futuro per la piezoelettricit\u00e0? Le possibilit\u00e0 abbondano. Un&#8217;idea molto diffusa tra gli inventori \u00e8 quella di utilizzare la piezoelettricit\u00e0 per la raccolta di energia. Immagina di avere nel tuo smartphone dispositivi piezoelettrici che possono essere attivati e mantenuti carichi con il semplice movimento del tuo corpo.<\/p>\n\n\n\n<p>O volendo pensare in grande, si potrebbe incorporare sotto la pavimentazione autostradale un sistema piezoelettrico che venga attivato dalle ruote delle auto che transitano. Questa energia potrebbe essere utilizzata per illuminare i semafori e altri dispositivi vicini. Se a questo si aggiunge una strada piena di auto elettriche, si verrebbe a creare una condizione energetica nettamente positiva.<\/p>\n\n\n\n<p>Vuoi contribuire a promuovere la piezoelettricit\u00e0 in futuro?\u00a0Inizia subito ad utilizzare <a href=\"https:\/\/www.autodesk.it\/products\/fusion-360\/electronics-engineer\">Fusion 360 Electronics<\/a>.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-buttons is-layout-flex wp-block-buttons-is-layout-flex\"><?xml encoding=\"utf-8\" ?><div class=\"wp-block-button\"><a href=\"https:\/\/www.autodesk.it\/products\/fusion-360\/overview?term=1-YEAR&amp;tab=subscription?mktvar002=4333583001%7CORG%7C&amp;utm_medium=social&amp;utm_source=other&amp;utm_campaign=4333583dmblogf360&amp;utm_id=4333583001\" class=\"\n            MuiButtonBase-root MuiButton-root\n            wp-block-button__link wp-element-button\n            \n            \n            \n            MuiButton-contained\n        \">\n\n        <span class=\"MuiButton-label\">\n            \n            \nPROVALE GRATUITAMENTE OGGI STESSO&nbsp;\n\n            \n        <\/span>\n    <\/a>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Scoprite come la piezoelettricit\u00e0 produce una carica elettrica applicando una sollecitazione meccanica a un materiale piezoelettrico.<\/p>\n","protected":false},"author":3911,"featured_media":60479,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"inline_featured_image":false,"footnotes":""},"categories":[382],"tags":[],"coauthors":[],"class_list":["post-60478","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-electronics-engineering-it","dhig-theme--light"],"acf":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v27.3 - 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I joined the EAGLE team 25 years ago to satisfy my passion for being involved with circuit board designs. I\u2019m the Technical Marketing Engineer for Fusion 360 electronics and part of the Fusion 360 community team. I have published best practices articles, Blogs, hundreds of video tutorials, and hosted several electronic design bootcamps. 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