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Cómo Funcionan Los Electrets (ART003S)

Los micrófonos de electret son bastante populares, tanto por su sensibilidad como por su bajo costo. ¿Pero qué son realmente los electrets? ¿Dónde se los puede usar? ¿Cómo funcionan? Para lós que los usan pero no saben todo esto, recomendamos leer este artículo sobre qué son los electrets y cuáles son sus posibles aplicaciones en la electrónica.

Ciertamente la mayoría de los lectores conoce el principio de funcionamiento de un capacitor.

Dos placas paralelas llamadas armaduras son mantenidas cargadas por la acción de un campo eléctrico que se establece entre ellas, conforme sugiere la figura 1.

 


 

 

La cantidad de cargas que podemos almacenar en un capacitor depende tanto de la superficie de las placas y su distancia de separación como también de la tensión aplicada.

La superficie y la distancia determinan una magnitud denominada capacitancia (C). Así , llamando Q a la carga almacenada, y V la tensión entre las armaduras, podemos escribir la siguiente fórmula:

C = Q/V

Percibimos que la relación Q/V es constante, pues la capacitancia no varía en un capacitor fijo, lo que significa que, para aumentar la carga almacenada debemos aumentar la tensión.

Entre tanto, la capacitancia también depende de un factor adicional:

Qué ocurre si colocamos entre las placas un material aislante como una placa de vidrio, mica u otro cualquiera?

Conforme podemos entender por la figura 2, los átomos del material tienden a ubicarse en el sentido que acompaña la polarización del campo entre las placas.

 


 

 

Lo que ocurre es que los electrones pasan a una posición más próxima del polo positivo (placas positivas), y los núcleos, a una posición más próxima del negativo. Los átomos pueden entonces ser comparados a dipolos elementales que se orientan según el campo entre las armaduras.

Esta orientación “ayuda a reforzar” el campo eléctrico que se vuelve más intenso aumentando así la capacitancia del capacitor (figura 3).

 


 

 

Es por este motivo que utilizamos diversos tipos de materiales dieléctricos en la fabricación de capacitores.

Estos ayudan a multiplicar muchas veces la capacitancia que se obtendría si simplemente hubiera una separación entre las placas

El factor de multiplicación de la capacitancia es dado por una magnitud denominada constante dieléctrica (k) que puede ser definida como:

k = C/Co donde:

K = constante dieléctrica

C = capacitancia obtenida con el dieléctrico

Co = capacitancia obtenida para el mismo capacitor pero con dieléctrico inexistente (vacio).

Damos a continuación la “k” de algunos materiales:

Agua = 80

Aire = 1,0006

Baquelita : 3 a 5

Vidrio = 5,5 a 9,0

Porcelana = 5

Papel = 2 a 3

Mica = 5,4

Aceite = 2,2 a 3

Algunos materiales usados como dieléctricos manifiestan propiedades adicionales además de aumentar la intensidad del campo entre las placas de un capacitor.

 

Los electrets

La orientación de los dipolos elementales de un aislante normalmente solo existe mientras dura la acción del campo eléctrico.

En cuanto cesa el campo eléctrico el material vuelve a su situación normal con los dipolos desorientados (figura 4).

 


 

 

Existen empero materiales que mantienen esta orientación incluso después que el campo que la estableció desaparece.

Podemos hacer una comparación con el mismo efecto e.n términos de magnetismo.

Del mismo modo que existen materiales que retienen el magnetismo después de sufrir la acción de un campo y se vuelven imanes permanentes, existen materiales que retienen la polarización eléctrica después de sufrir la acción de un campo eléctrico. ¡Estos materiales no se vuelven imanes, evidentemente, pero si electrets! (figura 5).

 


 

 

 

En la naturaleza tenemos muchos materiales que son electrets naturales, y también otros que son producidos por el hombre.

Un ejemplo de electret natural es el cristal de cuarzo..Un ejemplo de electret artificial es la sustancia usada em la fabricación de discos. ¡Por causa de las cargas que son almacenadas en las partículas del material es que los discos tienden a atraer tan fácilmente partículas de polvo!

En el caso del cristal de cuarzo la presencia de cargas que pueden ser orientadas permite una serie de aplicaciones especiales.

Así , la orientación de las cargas tanto es afectada por la acción de fuerzas mecánicas como también produce fuerzas mecánicas cuando está bajo la acción de campos eléctricos.

Si deformamos un cristal tendremos una tensión, y si aplicamos una tensión tendremos una deformación.

Cristales semejantes, que manifiestan ese efecto piezoeléctrico, pueden producir tensiones muy altas cuando son sometidos a esfuerzos mecánicos. Es el caso del titanato de bario usado en los encendedores de cocina que pueden producir centenas de millares de voltios cuando son sometidos a un golpe de cierta intensidad (figura 6).

 


 

 

Fabricación de electrets

Muchos plásticos pueden volverse electrets en el proceso de fabricación si sus moléculas son orientadas convenientemente.

Una manera de conseguirlo es aplicar un campo eléctrico fuerte en el material cuando todavía se encuentra en estado de fusión, como sugiere la figura 7.

 


 

 

En la electrónica los electrets pueden ser usados em la construcción de diversos tipos de transductores, por-que los dipolos elementales que los forman ven alterada su disposición por prácticamente cualquier tipo de influencia externa.

 

Componentes con electrets

Un electret es bastante sensible a las vibraciones mecánicas, como por ejemplo al sonido.

Las vibraciones alteran la disposición de los dipolos elementales induciendo variaciones de tensión-en lãs caras del material que corresponden en forma de onda al sonido incidente.

Conectado el electret a un diafragma y a la entrada de un transistor de efecto de campo, las variaciones de tensión pueden ser amplificadas obteniéndose un micrófono de electret de gran sensibilidad, como muestra la figura 8.

 


 

 

En el caso de un micrófono de dos terminales, el resistor de polarización del transistor de efecto de campo es externo, en tanto que en el caso de los electrets de tres terminales este resistor es interno (figura 9).

 


 

 

Igualmente, podemos tener el efecto inverso: aplicando una señal de audio en un electret, se deforma em vista de la alteración de la posición de los dipolos, y por eso vibrará con la misma frecuencia. El sonido puede ser reproducido con fidelidad.

Otra aplicación muy importante viene del hecho que las variaciones de temperatura entre las caras del material usado como electret también alteran la disposición de los dipolos elementales y con esto la tensión existente entre las caras.

El dispositivo es de altísima impedancia, de modo que sólo incluso circuitos sensibles pueden detectar estas tensiones, pero se obtienen transductores extremadamente sensibles de temperatura.

Basta decir que podemos obtener un transductor tan sensible que es capaz de detectar con facilidad el calor irradiado por su mano a una distancia de un metro!

Este efecto es denominado piroeléctrico y permite la construcción de instrumentos ultrasensibles para medir la temperatura.

 

 

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