Техника - молодёжи 1939-06, страница 36

ftUrHTUS,

Инж. А. МОРОЗОВ

В середине XVII в. в маленьком фран-i цузском городе Ля-Рошели жил аптекарь _t Сегнет, очень любивший составлять новые, неизвестные лекарства. В один из осенних *ней 1672 г. Сегнет, занимаясь опытами в своей лаборатории, получил крупные про-. зрачные кристаллы. Исследовав их свой-' ства, аптекарь решил, что кристаллы ■ должны помогать при желудочных заболеваниях. Сегнет не ошибся, и соль, носящая его имя, до сих пор употребляется в «еднцине как нежное слабительное. Но Сегнету не суждено было узнать, какое иное, гораздо более замечательное буду-щее откроется перед этими скромными кристаллами.

Прошло более двухсот лет, прежде чем люди обнаружили чудесные свойства, скрытые в кристаллах сегнетовой соли. Эта свойства связаны с особым явлением, названным пьезоэлектричеством (от древнегреческого слова «пьез», что значит «давление»).

Впервые это явление было точно исследовано в 1881 г. известным французским ученым Пьером Кюри. Кюри открыл, что даже небольшие механические усилия, на-[фнмер легчайшее давление, могут вызвать у некоторых кристаллов электрические заряды. Немало крупных открытий в науке было сделано случайно, во время экспериментирования, но Кюри шел к своей цели другим путем. Он сначала теоретически обосновал бесспорность существования пьезоэлектричества, а потом, проделав опыты, блестяще доказал правильность своей гипотезы.

Кюри внимательно изучил труды ученого Беккереля, который еще в 1828 г. написал статью о пироэлектричестве (слово «пир» по-древнегречески значит «огонь»). Беккерель указал, что если нагревать некоторые кристаллы, то на их концах появляются электрические заряды. Кюри объяснил появление этих зарядов тем, что i под влиянием нагрева изменяется расположение молекул кристалла. Но подобные же явления могут произойти, если прило-кить к кристаллу механические усилия. На заседании Французской академии ваук Кюри сделал сообщение о том, что некоторые кристаллы обладают особым физическим свойством: будучи подвергнуты изменениям температуры, они порождают два разноименных электрических полюса на оконечностях осей. «Мы нашли новый способ образования полярного электричества в тех же кристаллах, — заявил Кюри: — этот способ заключается в том, что кристаллы подвергаются изменениям давления. Во время сжатия оси кристалла ее оконечности заряжаются разноименным мектричеством. Явление возобновляется, но с обратными знаками, если кристалл возвращается в состояние покоя. Те око-

«Ультразвуковое ухо» с помощью пьезокристаллов издалека улавливает приближение подводной лодки.

нечности оси, которые заряжались положительно при сжатии, заряжаются теперь отрицательно, и наоборот».

Современник Кюри, ученый Липман, основываясь на законе сохранения энергии, пришел к выводу, что пьезоэлектрические кристаллы должны обладать и обратным свойством: если к ним приложить электрическое напряжение, кристаллы обязательно должны деформироваться. Переменное электрическое поле, следовательно, вызовет колебания кристалла. Кюри на опыте доказал правильность утверждения Лип-

Кюри обнаружил пьезоэлектрические свойства у многих веществ. Среди них оказались кварц, турмалин, сахар, цинковая обманка и соль, найденная в свое время аптекарем Сегнетом. Но не каждая пластинка, вырезанная из кристаллов этих веществ, обладает необходимыми пьезоэлектрическими свойствами. Пластинку надо «выкроить» соответствующим образом, ориентируясь по осям так называемой оптической оси кристалла и перпендикулярно одной из его электрических осей. Этот срез до сих пор носит имя Кюри. Однако пластинки, вырезанные по способу Кюри, имеют существенный недостаток: их пьезоэлектрические свойства зависят от температуры, колебания которой нарушают ход пьезоэлектрических процессов в кристалле. Ученые стали применять другие срезы, В' частности так называемый «косой срез» — наклонно к оптической оси. Можно так рассчитать срез, что температурные колебания совсем не будут оказывать влияния на пьезоэлектрические свойства пластинки.

Кюри понимал, что свойства пьезоэлектрических кристаллов таят в себе большие, возможности. Однако эти открытые им явления долго не могли найти практического применения. Потребовались целые десяти

летия упорных исканий, потребовалось создание всевозможных усилительных приборов и чувствительных электроаппаратов, прежде чем чудесные свойства пьезоэлектрических кристаллов стали приносить пользу людям.

Впервые пьезоэлектрические кристаллы нашли свое практическое применение во время империалистической войны 1914— 1918 гг. для борьбы с подводными лодками.

Еще в 1912 г., после трагической гибели парохода «Титаник», столкнувшегося в тумане с пловучей ледяной горой — айсбергом, многяе ученые стали усиленно работать над созданием аппаратов звуковой разведки. Идея этой разведки заключается в следующем. На судне помещается аппарат, излучающий в воду ультразвуковые волны. Эти волны обладают очень высокой частотой (более 20 тыс. колебаний в секунду) и лежат за пределами слышимости. Натолкнувшись на препятствие — скалу, айсберг или подводную лодку, — ультразвуковые волны частично отражаются, возвращаются назад и улавливаются особым аппаратом, соединенным с сигнальными приборами.

Для подводной сигнализации нужны именно ультразвуковые волны. Они распространяются в воде узким, концентрированным пучком. Кроме того, они обладают высокой частотой и соответственно незначительной длиной. Длина ультразвуковой волны в воде равна нескольким сантиметрам. Длина же слышимых звуковых волн достигает в воде десятков метров. Встретив подводное препятствие, такая длинная волна обогнет его, отразившись в кочень слабой степени, так же как, например, большая морская волна почти не отразится от маленькой скалы, стоящей на ее пути. Только ультразвуковая волна может дать достаточное отражение от подводной лодки или мины. Ученые долгое время не могли создать аппарат, способный излучать и воспринимать колебания высокой частоты. Идея звуковой разведки оставалась не осуществленной.

Во время империалистической войны необходимость в аппаратах звуковой сигнализации возникла с новой силой. Эти аппараты были насущно необходимы странам Антанты для борьбы с немецкими подводными лодками. Французский ученый Лан-жевен, откликнувшись на призыв правительства, решил во что бы То ни стало сконструировать такой аппарат. После долгих опытов он нашел подходящий материал для излучения колебаний высокой частоты. Таким материалом оказались кристаллы пьезокварца.

В Тулоне, в погребах, наполненных морской водой, Ланжевен производил тща-

35