Isto é um cristal de açúcar.
Se o pressionarmos,
ele vai gerar eletricidade.
Como é que este simples cristal
age como uma minúscula fonte de energia?
É porque o açúcar é piezoelétrico.
Os materiais piezoelétricos
transformam a tensão mecânica,
como a pressão,
as ondas sonoras e outras vibrações
em eletricidade, e vice-versa.
Este estranho fenómeno
foi descoberto, em 1880,
pelos irmãos físicos
Jacques e Pierre Curie.
Descobriram que, se comprimissem
delgadas lâminas de determinados cristais,
geravam-se cargas positivas e negativas
nas faces opostas.
Esta diferença de cargas, ou voltagem,
significava que o cristal comprimido
podia conduzir uma corrente
por um circuito, como uma bateria.
E também funcionava no sentido inverso.
À passagem de eletricidade
esses cristais deformam-se.
Estes dois resultados
— transformar energia mecânica em elétrica
e energia elétrica em mecânica —
eram assinaláveis.
Mas a descoberta ficou ignorada
durante várias décadas.
A primeira aplicação prática
foi nos instrumentos sonar
usados para detetar submarinos alemães
durante a I Guerra Mundial.
Os cristais de quartzo piezoelétricos
no transmissor do sonar
vibravam quando eram submetidos
a uma voltagem alternada.
Isso enviava ondas de ultrassons
através da água.
Medindo o tempo que essas ondas
demoravam a regressar de um objeto
revelava a distância a que ele estava.
Quanto à transformação inversa
— transformar a energia mecânica
em energia elétrica —
pensem nas luzes que se acendem
quando batemos palmas.
Quando batemos palmas, enviamos
vibrações sonoras pelo ar,
e provocamos que o elemento piezo
oscile de um lado para o outro.
Isso cria uma voltagem que pode gerar
corrente suficiente para acender as LED,
embora sejam as fontes convencionais
de eletricidade que as mantêm acesas.
Então, quando é que um material
é piezoelétrico?
A resposta depende de dois fatores,
a estrutura atómica dos materiais
e a forma como a carga elétrica
está distribuída dentro deles.
Há muitos materiais cristalinos,
ou seja, são feitos de átomos ou de iões
ordenados num padrão
tridimensional regular.
Esse padrão tem um bloco constituinte
que se chama célula unitária
que se repete por toda a estrutura.
Na maior parte dos materiais
cristalinos não piezoelétricos
os átomos das células unitárias
estão distribuídas simetricamente
em volta de um ponto central.
Mas há materiais cristalinos
que não possuem um centro de simetria,
o que os torna candidatos
à piezoeletricidade.
Vejamos o quartzo,
um material piezoelétrico
composto por silicone e oxigénio.
O oxigénio tem uma carga
ligeiramente negativa
e a silicone uma carga levemente positiva,
o que cria uma separação de cargas
ou um dípolo em cada ligação.
Normalmente, estes dípolos
neutralizam-se um ao outro,
por isso, não há separação de cargas
na célula unitária.
Mas, se espremermos um cristal de quartzo
numa determinada direção,
os átomos deslocam-se.
Dada a resultante assimetria
na distribuição das cargas,
os dípolos deixam de se neutralizar
uns aos outros.
A célula comprimida acaba
por ter uma carga negativa num dos lados
e uma carga positiva no outro.
Este desequilíbrio de cargas
repete-se por todo o material
e as cargas opostas juntam-se
nas faces opostas do cristal.
Isso resulta numa voltagem que pode
enviar eletricidade num circuito.
Os materiais piezoelétricos
podem ter diferentes estruturas.
Mas têm em comum as células unitárias
a que falta um centro de simetria.
Quanto maior for a compressão
sobre os materiais piezoelétricos,
maior é a voltagem gerada.
Se, em vez disso, se alongar o cristal,
a voltagem inverte-se
fazendo com que a corrente
inverta o seu caminho.
Há mais materiais piezoelétricos
do que julgamos.
O ADN, os ossos
e a seda
todos têm a capacidade
de transformar a energia mecânica
em energia elétrica.
Os cientistas criaram uma série
de materiais piezoelétricos sintéticos
e encontraram aplicações para eles,
em tudo, desde a imagiologia médica
às impressoras de tinta a jato.
A piezoeletricidade é responsável
pelas oscilações rítmicas
dos cristais de quartzo que mantêm
os relógios a marcar o tempo certo,
que ativam os cartões musicais
de aniversário
e a faísca que acende o gás
nalguns isqueiros de grelhadores
quando carregamos no interruptor.
Os aparelhos piezoelétricos
podem vir a ser ainda mais vulgares
visto que há falta de eletricidade
e a energia mecânica é abundante.
Já há estações de comboios
que usam os passos dos passageiros
para alimentar as portas de acesso
e aos painéis de informações
e uma discoteca em que a piezoeletricidade
contribui para acender as luzes.
Poderão os basquetebolistas, ao correr,
iluminar o quadro dos resultados?
Ou, ao caminhar, poderemos carregar
os aparelhos eletrónicos?
O que se seguirá para a piezoeletricidade?