WEBVTT

00:00:08.296 --> 00:00:10.286
Este é um cristal de açúcar.

00:00:10.286 --> 00:00:14.096
Sob pressão, ele vai gerar eletricidade.

00:00:14.096 --> 00:00:17.476
Como pode este simples cristal
ser uma fonte minúscula fonte de energia?

00:00:17.476 --> 00:00:20.026
Porque o açúcar é piezoelétrico.

00:00:20.026 --> 00:00:23.057
Materiais piezoelétricos
transformam estímulos mecânicos,

00:00:23.057 --> 00:00:27.057
como pressão, ondas sonoras
e outras vibrações em eletricidade,

00:00:27.057 --> 00:00:28.476
e vice-versa.

00:00:28.476 --> 00:00:30.647
Esse estranho fenômeno foi descoberto

00:00:30.647 --> 00:00:34.696
pelo físico Pierre Curie
e seu irmão Jacques, em 1880.

00:00:34.696 --> 00:00:38.587
Eles descobriram que, se comprimissem
finas fatias de determinados cristais,

00:00:38.587 --> 00:00:42.678
cargas positivas e negativas
apareceriam em lados opostos.

00:00:42.678 --> 00:00:45.296
Essa diferença de cargas, ou voltagem,

00:00:45.296 --> 00:00:48.627
significava que o cristal comprimido
conduzia corrente por um circuito,

00:00:48.627 --> 00:00:49.997
como uma bateria.

00:00:49.997 --> 00:00:52.368
E funcionava ao contrário também.

00:00:52.368 --> 00:00:56.527
Conduzir eletricidade por esses cristais
modificava o formato deles.

00:00:56.527 --> 00:00:57.778
Ambos os resultados,

00:00:57.778 --> 00:01:02.967
transformar energia mecânica em elétrica
e energia elétrica em mecânica,

00:01:02.967 --> 00:01:04.449
foram extraordinários,

00:01:04.449 --> 00:01:07.826
mas essa descoberta ficou
décadas sem ser apreciada.

00:01:07.826 --> 00:01:10.958
A primeira aplicação prática
foi em instrumentos de sonar

00:01:10.958 --> 00:01:14.458
usados para detectar submarinos alemães
durante a Primeira Gerra Mundial.

00:01:14.458 --> 00:01:17.690
Cristais de quartzo piezoelétricos
no transmissor do sonar

00:01:17.690 --> 00:01:21.139
vibravam quando submetidos
a voltagem alternante.

00:01:21.139 --> 00:01:23.589
Isso enviava ondas
de ultrassom através da água.

00:01:23.589 --> 00:01:27.249
Medindo quanto tempo essas ondas levavam
pra recochetear no objeto e voltar,

00:01:27.249 --> 00:01:29.510
descobria-se a que distância
o objeto estava.

00:01:29.510 --> 00:01:34.008
Para a transformação inversa,
converter energia mecânica em elétrica,

00:01:34.008 --> 00:01:36.579
imagine lâmpadas que se acendem
ao batermos palmas.

00:01:36.579 --> 00:01:39.409
As palmas emitem vibrações pelo ar

00:01:39.409 --> 00:01:42.798
e fazem com que
o elemento piezo estremeça.

00:01:42.798 --> 00:01:46.650
Isso gera uma voltagem capaz de conduzir
corrente suficiente para acender as LEDs,

00:01:46.650 --> 00:01:50.040
embora sejam as fontes convencionais
de energia que as mantêm ligadas.

00:01:50.040 --> 00:01:53.229
Mas o que torna um elemento piezoelétrico?

00:01:53.229 --> 00:01:55.430
A resposta depende de dois fatores:

00:01:55.430 --> 00:01:57.240
a estrutura atômica do material

00:01:57.240 --> 00:02:00.650
e a forma como a carga elétrica
se distribui nessa estrutura.

00:02:00.650 --> 00:02:02.480
Muitos materiais são cristalinos,

00:02:02.480 --> 00:02:07.120
ou seja, feitos de átomos e íons
agrupados em um padrão tridimensional.

00:02:07.120 --> 00:02:10.270
Esse padrão tem um elemento fundamental
chamado de célula unitária

00:02:10.270 --> 00:02:12.420
que se repete continuamente.

00:02:12.420 --> 00:02:15.401
Na maioria dos materiais
cristalinos não piezoelétricos,

00:02:15.401 --> 00:02:18.401
os átomos em suas células unitárias
se distribuem simetricamente

00:02:18.401 --> 00:02:20.074
em torno de um ponto central,

00:02:20.074 --> 00:02:23.593
mas alguns materiais cristalinos
não possuem um centro de simetria,

00:02:23.593 --> 00:02:26.722
o que os torna candidatos
à piezoeletricidade.

00:02:26.722 --> 00:02:28.155
Vejamos o quartzo,

00:02:28.155 --> 00:02:31.982
um material piezoelétrico
composto de silício e oxigênio.

00:02:31.982 --> 00:02:36.331
O oxigênio tem carga levemente negativa
e o silício tem carga levemente positiva,

00:02:36.331 --> 00:02:40.702
o que gera uma separação de cargas,
ou dipolo, ao longo de cada ligação.

00:02:40.702 --> 00:02:43.222
Geralmente, esses dipolos
cancelam-se mutuamente,

00:02:43.222 --> 00:02:46.293
assim não há separação líquida
de carga na célula unitária.

00:02:46.293 --> 00:02:49.544
Porém, se um cristal de quartzo
for espremido em determinada direção,

00:02:49.544 --> 00:02:51.063
os átomos mudam.

00:02:51.063 --> 00:02:54.034
Devido à assimetria resultante
na distribuição de cargas,

00:02:54.034 --> 00:02:56.766
os dipolos não se cancelam mais.

00:02:56.766 --> 00:03:00.457
A célula esticada acaba com uma carga
líquida negativa em um dos lados

00:03:00.457 --> 00:03:02.513
e uma carga líquida positiva no outro.

00:03:02.513 --> 00:03:05.933
Esse desequilíbrio de cargas
se repete em todo o material

00:03:05.933 --> 00:03:09.607
e as cargas opostas se acumulam
nos lados opostos do cristal.

00:03:09.607 --> 00:03:13.534
Isso gera uma voltagem capaz de conduzir
eletricidade através de um circuito.

00:03:13.534 --> 00:03:16.794
Materiais piezoelétricos
podem ter estruturas diferentes,

00:03:16.794 --> 00:03:21.267
mas o que todos têm em comum são células
unitárias sem um centro de simetria.

00:03:21.267 --> 00:03:24.264
Quanto mais forte a pressão
sobre o material piezoelétrico,

00:03:24.264 --> 00:03:26.374
maior será a voltagem gerada.

00:03:26.374 --> 00:03:31.764
Já esticando o cristal, a voltagem mudará,
fazendo a corrente fluir ao contrário.

00:03:32.224 --> 00:03:35.415
Há mais materiais piezoelétricos
do que você imagina.

00:03:35.415 --> 00:03:37.804
DNA, ossos e seda

00:03:37.804 --> 00:03:42.036
possuem a capacidade de transformar
energia mecânica em energia elétrica.

00:03:42.036 --> 00:03:45.786
Cientistas criaram uma variedade
de materiais piezoelétricos sintéticos

00:03:45.786 --> 00:03:47.484
e descobriram aplicações para eles,

00:03:47.484 --> 00:03:51.106
desde em exames diagnósticos de imagem
a impressoras a jato de tinta.

00:03:51.106 --> 00:03:54.525
A piezoeletricidade é responsável
pelas oscilações rítmicas

00:03:54.525 --> 00:03:57.745
dos cristais de quartzo que fazem
os relógios marcarem a hora certa,

00:03:57.745 --> 00:03:59.846
pelos alto-falantes de cartões musicais

00:03:59.846 --> 00:04:02.815
e pela centelha que acende
algumas churrasqueiras,

00:04:02.815 --> 00:04:04.816
ao clicarmos o acendedor.

00:04:04.816 --> 00:04:07.997
Os dispositivos piezoelétricos
talvez se tornem ainda mais comuns,

00:04:07.997 --> 00:04:12.497
já que a demanda por eletricidade é alta
e a energia mecânica é abundante.

00:04:12.497 --> 00:04:15.936
Já existem estações de trem que usam
a energia dos passos dos passageiros

00:04:15.936 --> 00:04:18.178
para fazer funcionar catracas e telões,

00:04:18.178 --> 00:04:21.527
e uma boate em que a piezoeletricidade
ajuda a acender as luzes.

00:04:21.527 --> 00:04:25.448
Passos de jogadores de basquete poderiam
fornecer energia para acender o placar?

00:04:25.448 --> 00:04:28.708
Ou caminhar pela rua poderia ajudar
a carregar aparelhos eletrônicos?

00:04:28.708 --> 00:04:31.236
Qual será o futuro da piezoeletricidade?