quarta-feira, 25 de setembro de 2013

A Piezoeletricidade no Cotidiano - Parte II!

Por Rafael Gama Vieira

No primeiro texto vimos que alguns materiais, ao serem pressionados, podem transformar energia mecânica em energia elétrica, fenômeno este comprovado pelos irmãos Pierre e Jacques Curie em 1880. No ano seguinte, o físico Gabriel Lippmann sugere o efeito contrário, ou seja, ao aplicar uma tensão elétrica nestes materiais, estes deveriam sofrer uma deformação mecânica, o que é comprovado no mesmo ano pelos irmãos Curie.

A primeira aplicação deste fenômeno foi feita pelo físico francês Paul Langevin em 1916 onde, utilizando cristais piezelétricos, conseguiu gerar ondas sonoras em frequências de ultrassom (maiores que 20KHz) e assim, construir o primeiro sonar para a marinha francesa.

O Sonar consiste em um equipamento instalado em embarcações que utiliza ondas sonoras de alta freqüência para detectar submarinos e outras embarcações.

Para conseguir este efeito, uma tensão elétrica é aplicada em células piezoelétricas, fazendo com que estas entrem em ressonância e vibrem em alta freqüência (entre 300KHz e 600KHz). Esta oscilação gera então, ondas sonoras também com altas frequências, chamadas de ultrassom. Elas propagam-se pela água e, ao encontrar um obstáculo, são refletidas para a fonte emissora. Desta vez, a célula piezoelétrica irá receber esta pressão, transformando a energia recebida em energia elétrica, fornecendo assim, dados sobre a distância dos objetos.


A velocidade com que as ondas sonoras se propagam em um meio depende da temperatura deste meio. Sabemos que a camada de água superior dos oceanos é mais quente que as camadas inferiores, logo, a velocidade de propagação do som neste caso pode variar. Temos ainda, a influência da chamada Termoclina, região entre a camada mais quente e mais fria que faz com que as ondas sonoras sejam refletidas antes de chegarem à camada de água com temperaturas baixas.

Neste caso, temos uma região onde alguns submarinos poderiam ficar invisíveis, como mostra a figura a seguir:



Para solucionar este problema são utilizados os chamados VDS – Variable Depth Sonar ou Sonar de Profundidade Variável. Estes sonares ficam submersos, fazendo com que o ultrassom se propague apenas na camada de água mais fria. 


Outra aplicação para este fenômeno é a utilização do ultrassom gerado através de cristais piezoelétricos para construir imagens em exames de ultrassonografia, utilizando o equipamento mostrado na figura a seguir:


Novamente, teremos uma tensão aplicada em um cristal, fazendo-o vibrar. O ultrassom gerado (1MHz a 5MHz) percorre o corpo do paciente. Quando a onda sonora encontra um obstáculo, é refletida para o receptor. Considerando a velocidade do som neste meio como aproximadamente 1540m/s, a máquina de ultrassonografia irá medir o tempo de ida e volta desta onda, obtendo assim, informações sobre as distâncias entre os órgãos e, consequentemente construir imagens dos mesmos.

REFERÊNCIAS:

http://saude.hsw.uol.com.br/ultra-som2.htm

http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef004/20021/Angelisa/sonar.html

http://www.naval.com.br/blog/destaque/7-como-funciona-o-sonar/um-pouco-sobre-sonar- 
parte-1/#axzz2RmF5RPSY 
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