La pera quando è fatta casca da sè.
TECNOLOGIE ELETTRONICHE
… studiare, studiare ed ancora studiare,
è il solo modo di capire quanto possa
essere grande sia la propria ignoranza!
I QUARZI PIEZOELETTRICI - STRUTTURA CRISTALLINA
Struttura Cristallina e Proprietà Piezoelettriche del Quarzo
Il quarzo, costituito da biossido di silicio, cristallizza
nella forma trigonale trapezoedrica.
In natura esistono in due forme, nominate rispettiva-
-mente "destra" e "sinistra", immagini speculari l'una
dell'altra, schematizzate nella figura a lato.
In ogni cristallo si distin-
-guono i seguenti assi di
simmetria:
1.
un asse Z od "ottico" di simmetria ternaria;
2.
tre assi Y o "meccanici'' di simmetria binaria, disposti a 120° in ciascun piano normale a
Z e normali ognuno a due faccie laterali opposte del cristallo perfettamente formato;
3.
tre assi X, od '"elettrici", di simmetria binaria, normali ognuno all'asse Z ed a un asse Y.
Inizialmente si usava tagliare le piastrine di quarzo normalmente all'asse X od all'asse Y,
perche' in tale maniera risulta un'ottima risposta piezoelettrica.
Per tali tipi di taglio si hanno pero' forti variazioni della frequenza propria di risonanza in
funzione della temperatura .
Tale difetto, di poca importanza per alcune applicazioni, è inammissibile quando il quarzo
venga usato nella stabilizzazione della frequenza di un oscillatore, si' da costringere in questi
casi, ad usare il quarzo in termostato, anche se la precisione richiesta non e' molto grande.
Per tale ragione, in genere, si preferisce ridurre l'influenza della temperatura ricorrendo ad
altri tipi di taglio, anche se questo si traduce spesso in una diminuzione dell'attività.
Infatti,, come del resto in tutti i materiali, cristallini, le proprietà
meccaniche, ottiche ed elettriche del quarzo, variano con la dire-
-zione, pur rimanendo in accordo con le simmetrie.
Ci sono pertanto cambiamenti sensibili nelle costanti elastiche e nel
coefficiente di dilatazione termica, al variare della direzione secondo
la quale la misura viene effettuata.
La conoscenza di queste variazioni e' di fondamentale importanza
perche' permette di ottenere, con tagli opportuni, quarzi non influen-
-zati praticamente dalle variazioni della temperatura.
Naturalmente anche l'effetto piezoelettrico è diverso a seconda
del taglio.
Si consideri infatti un parallelepipedo rettangolo tagliato da un cristallo, ed orientato nel
modo indicato nella soprastante figura; ogni coppia di facce sia distinta dalla lettera che rap-
-presenta l'asse ad essa normale.
Esercitando una compressione sulle facce x si manifestano su queste cariche elettriche di
segno opposto; la quantità di elettricità' presente su ciascuna faccia e' proporzionale alla
forza applicata ed indipendente dalla superficie interessata.
Se la forza e' di trazione la polarità elettrica si inverte.
Lo sviluppo di cariche sulle facce x può anche essere provocato sollecitando normalmente le
facce y, con la sola differenza che compressioni su tali superfici equivalgono a trazioni su
quelle x, e viceversa.
A parità' di forze applicate l'entità' del fenomeno rimane la stessa.
Sforzi di taglio nel piani paralleli alle facce x sviluppano ancora su queste delle cariche
elettriche.
Un esame approfondito dei fenomeni citati, al fine di determinarne quantitativamente
gli effetti, esula, per la sua complessità', dallo scopo della presente relazione.
Rimandando quindi a fonti più autorevoli, si riportano alcune formule principali dedotte dai
risultati ottenuti dai diversi autori di queste.
Considerando presenti contemporaneamente i tre tipi di sollecitazione sopramenzionati, la
quantità' di elettricità in coulomb, sviluppata complessivamente sulle facce x, è espressa
dalla relazione:
dove Fx, Fy ed Fyz rappresentano rispettivamente le forze parallele agli assi x ed y e lo
sforzo di taglio sulle facce x, espressi in newton; δ11 e δ14 rappresentano invece delle
costanti aventi i seguenti valori :
Sulle facce y si sviluppano cariche elettriche solo per sforzi dj taglio nei piani y e z;
tale effetto puo'essere valutato con la relazione:
Reciprocamente, l'applicazione di differenze di potenziale elettrico fra le diverse superfici
della lamina, provoca fenomeni di deformazione.
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