La piroelectricidad es el fenómeno de la aparición de un campo eléctrico en los cristales cuando cambia su temperatura , por ejemplo: durante el calentamiento , la fricción , la irradiación o incluso el frotamiento primitivo.
Los piroeléctricos son dieléctricos cristalinos que tienen polarización espontánea (espontánea) en ausencia de influencias externas [ aclarar ] . Por lo general, la polarización espontánea es imperceptible, ya que el campo eléctrico creado por ella es compensado por el campo de cargas eléctricas libres que se “fugan” sobre la superficie del piroeléctrico desde su volumen interno y desde el aire circundante . Con un cambio de temperatura, la magnitud de la polarización espontánea cambia, lo que provoca la aparición de un campo eléctrico, que se puede observar antes de que sea compensado por cargas libres.
Según una de las leyendas, la primera mención del efecto piroeléctrico está contenida en las notas de Teofrasto , con fecha de 314 a. mi. , quienes notaron que los cristales de turmalina calentados atraían pajitas y partículas de ceniza. Las propiedades piroeléctricas de la turmalina fueron redescubiertas en 1707 por Johann Georg Schmidt.
Según otra versión, el efecto piroeléctrico data de principios del siglo VI a. mi. descubierto por el antiguo filósofo griego Tales de Mileto . Viajó mucho por los países de Oriente, recopilando y registrando cuidadosamente observaciones en el campo de la mineralogía y la astronomía . Se cree que fue él quien por primera vez en un aspecto científico interpretó la capacidad del ámbar para atraer pelusas de pájaros o pajitas después del frotamiento (el efecto de electrificación por fricción). Un relato confiable de este fenómeno físico fue documentado por primera vez en el diálogo seminal de Timeo por otro filósofo griego antiguo, Platón . [1] :194-195 Más tarde, Al-Biruni escribió sobre propiedades similares de los cristales de granate en su obra fundamental "Mineralogía", e incluso citó líneas de un poema de amor dedicado al efecto piroeléctrico:
Los ojos brillan como uvas mojadas.
¡Por favor mira! No se necesitan otros premios.
Las pestañas atraen tanto el corazón,
Como no atrae una paja de granada .
La conexión del fenómeno de la piroelectricidad con otros fenómenos eléctricos en los cristales fue probada y desarrollada por Franz Aepinus y Johann Wilke en 1757 . Al volver a examinar muestras de turmalina preciosa , describieron el efecto piroeléctrico en detalle, explicando por primera vez el fenómeno de polarización resultante . Después de 127 años, la comunidad científica se vio sorprendida por la experiencia inusualmente clara y espectacular del científico alemán August Kundt , quien desarrolló las investigaciones de sus antecesores. Tras calentar un cristal de turmalina, lo espolvoreaba con una mezcla de dos polvos finos: azufre y plomo rojo , tras pasarlos por un tamiz de seda. En el proceso de tamizado (frotado) contra la seda, las partículas de azufre de color amarillo brillante se cargaron negativamente y las partículas de plomo rojo anaranjado, por el contrario, se cargaron positivamente. Como resultado de esta simple demostración, quedó claro para todos los presentes que un extremo de la turmalina se volvió amarillo y el otro rojo. Luego, August Kundt asombró a sus eruditos espectadores por el hecho de que cuando el cristal de turmalina se enfriaba, los polos cambiaban y, en consecuencia, los colores cambiaban en el orden exactamente inverso. [1] :195
Cuando la temperatura cambia en un kelvin , surge un campo eléctrico con una fuerza de ~ 400 voltios por centímetro en los cristales de turmalina de piedras preciosas . Como todos los piroeléctricos, la turmalina también es piezoeléctrica . Sin embargo, esta regla no es retroactiva. No todos los materiales piezoeléctricos tienen propiedades piroeléctricas. [1] :195
Un cambio en la polarización espontánea y la aparición de un campo eléctrico en piroeléctricos pueden ocurrir no solo con un cambio de temperatura, sino también con una deformación mecánica. Por lo tanto, todos los piroeléctricos son piezoeléctricos , pero no al revés. La existencia de polarización espontánea, es decir, el desajuste de los centros de cristalización de cargas positivas y negativas se debe a la simetría bastante baja de los cristales [ aclarar ] .