domenica 24 marzo 2013

Piezoelettricità per il futuro

Nel 1826 il fisico Thomas Johann Seebeck notò un fenomeno particolare durante i suoi studi ed esperimenti.

T.J.Seebeck

Se uno prende un filo metallico e permette che ci sia una differenza di temperatura tra le due estremità del filo, allora il risultato finale è un flusso di corrente elettrica nel filo. Sbalorditivo ma vero!
Questo effetto è chiamato effetto termoelettrico o, più comunemente, effetto Seebeck.
Così, se avete un metallo tale che alle due estremità ci sia una differenza di temperatura otterrete elettricità.
Perché accade questo? In pratica quello che accade è che gli elettroni caldi (cioè molto veloci) tendono a diffondersi in zone del metallo in cui gli elettroni sono più freddi (ovvero più lenti). Questo movimento di cariche genera elettricità. Se le due estremità del filo non sono mantenute constantemente a differenti temperature, in un certo periodo di tempo il metallo raggiungerà l'equilibrio termodinamico, ovvero il metallo sarà alla stessa temperatura e quindi alla fine non ci sarà più corrente. Una simpatica applicazione dell'effetto Seebeck può essere di mettere due contenitori con liquidi a differenti temperature separate da una cella di Peltier, cioè una cella costruita per sfruttare l'effetto Seebeck.

Esiste un'altra possibile causa di questo effetto. Infatti è possibile generare un movimento ordinato degli elettroni (ovvero generare corrente elettrica) a causa dei fononi. Tranquilli non avete letto male: fononi con la lettera N.
I fononi, in breve, sono l'analogo dei fotoni ma per le onde meccaniche anziché per le onde elettromagnetiche. Infatti i fotoni sono i quanti delle onde elettromagnetiche; i fononi sono l'analogo delle onde sonore.
Dunque si parla di fononi quando si vogliono studiare gli effetti meccanici, per esempio, di un reticolo molecolare o atomico, cioè su scale tali che gli effetti quantistici sono non trascurabili.
Senza andare troppo nei dettagli, possiamo dunque dire che i fononi possono essere in grado di spingere gli elettroni da un capo all'altro del metallo. Questa caratteristica dei materiali di generare campi elettrici quando sottoposti ad una sollecitazione meccanica è chiamata piezoelettricità.

Una sintesi visiva di tutto quello che abbiamo appena detto in questo post è fornita nel seguente video dove, tra l'altro, viene anche spiegato come sarebbe possibile sfruttare la piezoelettricità per generare energia nel presente e nel futuro:


Ultima cosa, tornando all'effetto Seeback: esiste anche l'effetto contrario, ovvero facendo scorrere corrente elettrica in un metallo è possibile avere un trasferimento di calore. Questo è chiamato effetto Peltier ma alla fine dei conti è essenzialmente l'effetto termoelettrico inverso (comunque è giusto citare Peltier perché è stato lui a scoprire l'effetto inverso).
Inoltre, se qualcuno vuole sapere come costruire una cella di Peltier o comunque se volete saperne di più ecco un buon link.

Questo articolo è stato modificato e corretto il 26 Gennaio 2016 grazie alla gentile segnalazione di Emanuela (vedi commenti).