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?