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Piroeletricidade (do grego pyr, fogo, e eletricidade) é a capacidade de alguns materiais de gerarem temporariamente um potencial elétrico quando aquecidos ou arrefecidos. A mudança de temperatura modifica ligeiramente as posições dos átomos na estrutura cristalina, de tal modo que a polarização do material é alterada. Esta alteração da polarização dá origem a um potencial elétrico temporário, que desaparece após o tempo de relaxação dielétrica.^[1]

A piroeletricidade não deve ser confundida com termoeletricidade, onde um perfil térmico fixo, não-uniforme, dá origem a uma diferença de potencial elétrico permanente.

Explicação[editar | editar código-fonte]

A piroelericidade pode ser visualizada como um dos lados de um triângulo, no qual cada vértice representa estados de energia do cristal: energia cinética, elétrica e térmica. O lado entre os vértices elétrico e térmico representa o efeito piroelétrico e não produz energia cinética. O lado entre os vértices cinético e elétrico representa o efeito piezoelétrico e não produz calor.

Embora tenham sido concebidos materiais piroelétricos artificiais, este efeito foi inicialmente descoberto em minerais como a turmalina. O efeito piroelétrico está também presente nos ossos e tendões.

A carga piroelétrica nos minerais desenvolve-se nas faces opostas de cristais assimétricos. A direção para a qual tende a propagação da carga é usualmente constante ao longo do material piroelétrico, mas em alguns materiais esta direção pode ser alterada por um campo elétrico próximo. Estes materiais dizem-se ferroelétricos. Todos os materiais piroelétricos são também piezoelétricos. Note-se contudo, que alguns materiais piezoelétricos têm uma simetria cristalina que não permite a piroeletricidade.

História[editar | editar código-fonte]

A primeira referência ao efeito piroelétrico encontra-se nos escritos de Teofrasto em 314 a.C., que notou que a turmalina atraía palhas e cinzas quando aquecida. As propriedades da turmalina foram redescobertas em 1707 por Johann Georg Schmidt, que reparou nas propriedades atrativas do mineral quando aquecido. A piroeletricidade foi descrita pela primeira vez - apesar de não ter sido assim designada - por Louis Lemery em 1717. Em 1747 Lineu associou pela primeira vez o fenómeno à eletricidade, o que só veio a ser demonstrado por Franz Ulrich Theodor Aepinus, em 1756.

O estudo da piroeletricidade tornou-se mais sofisticado no século XIX. Em 1824 David Brewster deu ao efeito o nome que hoje tem. Tanto William Thomson em 1878, como Woldemar Voigt em 1897, ajudaram a desenvolver uma teoria para os processos por detrás da piroeletricidade. Pierre Curie e o seu irmão, Jacques Curie, estudaram a piroeletricidade na década de 1880, o que conduziu à descoberta de alguns dos mecanismos por detrás da piezoeletricidade.

Classes cristalinas piroelétricas[editar | editar código-fonte]

As estruturas cristalinas podem ser divididas em 32 classes, ou grupos pontuais, segundo o número de eixos rotacionais e planos de reflexão que exibem e que mantém a estrutura do cristal piroelétrico. Entre as 32 classes de cristais, vinte e uma são não-centrossimétricas (não têm centro de simetria). Destas vinte e uma, vinte exibem piezoeletricidade direta, sendo a restante a classe cúbica 432. Dez destas vinte classes piezoelétricas são polares, i.e., exibem uma polarização espontânea, tendo um dipolo na sua célula unitária, e exibem piroeletricidade. Todos os cristais polares são piroelétricos.

Classes de cristal piezoelétricas: 1, 2, m, 222, mm2, 4, -4, 422, 4mm, -42m, 3, 32, 3m, 6, -6, 622, 6mm, -62m, 23, -43m

Piroelétricas: 1, 2, m, mm2, 3, 3m, 4, 4mm, 6, 6mm

Desenvolvimentos recentes[editar | editar código-fonte]

Têm sido feitos progressos na criação de materiais piroelétricos artificiais, usualmente na forma de uma película fina, a partir de nitreto de gálio (GaN), nitrato de césio (CsNO₃), fluoretos de polivinila, derivados de fenilpirazina, e ftalocianina de cobalto (ver cristal piroelétrico). O tantalato de lítio (LiTaO₃) é um cristal que exibe tanto propriedades piezoelétricas como piroelétricas que tem sido usado para criar fusão nuclear em pequena escala ("fusão piroelétrica").^[2]

Descrição matemática[editar | editar código-fonte]

O coeficiente piroelétrico pode ser descrito como a variação do vetor de polarização espontânea com a temperatura^[3]:

${\displaystyle p_{i}={\frac {\partial P_{S,i}}{\partial T}}}$

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FUNÇÃO FUNDAMENTAL E GERAL DE GRACELI.

TRANSFORMAÇÕES ⇔ INTERAÇÕES  ⇔  TUNELAMENTO ⇔ EMARANHAMENTO ⇔ CONDUTIVIDADE  ⇔ DIFRAÇÕES ⇔ radioatividade, ABSORÇÕES E EMISSÕES INTERNA ⇔  Δ de temperatura e dinâmicas, transições de estados quântico Δ ENERGIAS,  ⇔   Δ MASSA ,   ⇔ Δ  CAMADAS ORBITAIS ,  ⇔  Δ FENÔMENOS  ,  ⇔  Δ  DINÂMICAS,   ⇔  Δ  VALÊNCIAS,   ⇔  Δ BANDAS,  Δ  entropia e de entalpia,  E OUTROS.  

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 [EQUAÇÃO DE DIRAC].

 + FUNÇÃO TÉRMICA.

   +    FUNÇÃO DE RADIOATIVIDADE

  ,      +   FUNÇÃO DE TUNELAMENTO QUÂNTICO.

  + ENTROPIA REVERSÍVEL 

+      FUNÇÃO DE CONDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

 ENERGIA DE PLANCK

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  V [R] [MA] =  Δe,M, Δf, ΔE, Δt, Δi, ΔT, ΔC, ΔE,ΔA, ΔD, ΔM......

  ΤDCG

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  Δe, ΔM, Δf, ΔE, Δt, Δi, ΔT, ΔC, ΔE,ΔA, ΔD, ΔM......  =
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  sistema de dez dimensões de Graceli + 

  DIMENSÕES EXTRAS DO SISTEMA DECADIMENSIONAL E CATEGORIAL GRACELI.
• DIMENSÕES DE FASES DE ESTADOS DE TRANSIÇÕES DE GRACELI.

  x

  sistema de transições de estados, e estados  de Graceli, fluxos aleatórios quântico, potencial entrópico e de entalpia.

  x
• TEMPO ESPECÍFICO E FENOMÊNICO DE GRACELI
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• T l    T l     E l       Fl         dfG l   

  N l    El                 tf l

  P l    Ml                 tfefel 

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em que p_i (Cm^-2K^-1) é o vetor do coeficiente piroelétrico.

Em física, termodinâmica, química, físico-química e física da matéria condensada, um ponto crítico, também chamado de estado crítico, ocorre sob condições (tais como valores específicos de temperatura, pressão ou composição) no qual não existem limites de fase. Existem vários tipos de pontos críticos, incluindo pontos críticos líquido-vapor e líquido-líquido.^[1]

Substâncias puras: ponto crítico líquido-vapor[editar | editar código-fonte]

O "ponto crítico" é por vezes usado para denotar o ponto especificamente vapor-líquido crítico de um material, a partir do qual a distinção entre fase a líquida e gasosa não existe.

O ponto crítico de vapor-líquido em um diagrama de fases pressão-temperatura está no extremo de alta temperatura do limite de fase líquido-gás. A linha pontilhada verde mostra o comportamento anômalo da água.^[2]

Como se mostra no diagrama de fases para a direita, isto é o ponto em que a fronteira entre a fase líquida e gasosa termina. Em água, o ponto crítico ocorre em cerca de 647 K. (374 ° C; 705 ° F) e 22,064 MPa (218 atm)

À medida que a substância se aproxima da temperatura crítica, as propriedades da sua fases gasosa e líquida convergem, resultando em apenas uma fase no ponto crítico: um fluido supercrítico homogêneo. O calor de vaporização é zero no ponto crítico e para além dele, por isso não existe distinção entre as duas fases. No diagrama de Pressão-temperatura, o ponto em que a temperatura crítica e pressão crítica satisfazer é chamado de ponto crítico da substância. Acima da temperatura crítica, um líquido não pode ser formada por um aumento da pressão, apesar de um sólido poder ser formado sob uma pressão suficiente. A pressão crítica é a pressão de vapor, à temperatura crítica. O volume crítico é o volume molar de uma mole do material a uma temperatura e pressão críticas.

Propriedades críticas variam de material para material, e para muitas substâncias puras estão prontamente disponíveis na literatura. No entanto, a obtenção de propriedades críticas para misturas é mais desafiador.

Definição matemática[editar | editar código-fonte]

No caso das substâncias puras, há um ponto de inflexão na curva isotérmica crítica (linha de temperatura constante) com um diagrama de Pressão-Volume. Isto significa que, no ponto crítico: ^[3][4][5]

${\displaystyle \left({\frac {\partial p}{\partial V}}\right)_{T}=\left({\frac {\partial ^{2}p}{\partial V^{2}}}\right)_{T}=0}$

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TRANSFORMAÇÕES ⇔ INTERAÇÕES  ⇔  TUNELAMENTO ⇔ EMARANHAMENTO ⇔ CONDUTIVIDADE  ⇔ DIFRAÇÕES ⇔ radioatividade, ABSORÇÕES E EMISSÕES INTERNA ⇔  Δ de temperatura e dinâmicas, transições de estados quântico Δ ENERGIAS,  ⇔   Δ MASSA ,   ⇔ Δ  CAMADAS ORBITAIS ,  ⇔  Δ FENÔMENOS  ,  ⇔  Δ  DINÂMICAS,   ⇔  Δ  VALÊNCIAS,   ⇔  Δ BANDAS,  Δ  entropia e de entalpia,  E OUTROS.  

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 + FUNÇÃO TÉRMICA.

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Isto é, as primeira e segunda derivadas parciais da pressão p no que diz respeito ao volume V são ambos zero, com as derivadas parciais avaliados em temperatura constante T. Esta relação pode ser usada para avaliar dois parâmetros de uma equação de estado em termos das propriedades críticas, tais como os parâmetros a e b na equação de van der Waals.^[3]

Às vezes um conjunto de propriedades reduzidas é definida em termos das propriedades importantes, isto é:^[6]

${\displaystyle T_{r}=T/T_{c}\,}$

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TRANSFORMAÇÕES ⇔ INTERAÇÕES  ⇔  TUNELAMENTO ⇔ EMARANHAMENTO ⇔ CONDUTIVIDADE  ⇔ DIFRAÇÕES ⇔ radioatividade, ABSORÇÕES E EMISSÕES INTERNA ⇔  Δ de temperatura e dinâmicas, transições de estados quântico Δ ENERGIAS,  ⇔   Δ MASSA ,   ⇔ Δ  CAMADAS ORBITAIS ,  ⇔  Δ FENÔMENOS  ,  ⇔  Δ  DINÂMICAS,   ⇔  Δ  VALÊNCIAS,   ⇔  Δ BANDAS,  Δ  entropia e de entalpia,  E OUTROS.  

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  V [R] [MA] =  Δe,M, Δf, ΔE, Δt, Δi, ΔT, ΔC, ΔE,ΔA, ΔD, ΔM......

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${\displaystyle p_{r}=p/p_{c}\,}$

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${\displaystyle V_{r}={\frac {V}{RT_{c}/p_{c}}}\,}$

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${\displaystyle T_{c}=8a/27Rb,}$

${\displaystyle V_{c}=3b\,}$

${\displaystyle P_{c}=a/27b^{2},}$

onde ${\displaystyle T_{r}}$ é a temperatura reduzida, ${\displaystyle p_{r}}$ é a pressão reduzida, ${\displaystyle V_{r}}$ é a redução do volume, e ${\displaystyle R}$ é a constante universal dos gases.

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