Техника - молодёжи 1946-10-11, страница 4

рутил — минерал, обладающий необычайно высокой проницаемостью, равной 100, и стоящий каким-то непонятным уникумом среди всех остальных веществ. Чистый рутил, представляющий собой двуокись титана, нельзя употреблять для изготовления массы вследствие высокой температуры его спекания. Тогда ученый решил обратиться к соединениям рутила с другими веществами. В первую очередь был получен титанат магния, использование которого для аналогичных целей было уже известно. Исследовав это вещество, ученый нашел, что его диэлектрическая постоянная равна 15 и что она возрастает с повышением температуры. Но иметь только одно вещество было мало. Что-Г)Ы получить вещество с любым, наперед заданным температурным коэфи-цяентом его диэлектрической постоянной, надо было иметь и другой материал, диэлектрическая постоянная которого уменьшалась бы с увеличением температуры. Дальнейшие изыскания показали, что таким материалом может с тужить титанат кальция, входящий в соединение двуокиси титана с волжским доломитом (минералом дешевым и имеющимся в любом количестве). Ди-з 1ектрическая проницаемость титаната кальция равна 70. Теперь у исследователя ' были два материала — титанаты кальция и магния, один из которых уменьшал, а* другой увеличивал свою диэлектрическую проницаемость вместе с повышением температуры.

Смешивая эти вещества в различных пропорциях, можно- было получить материал для составления массы для керамического конденсатора с любой, наперед заданной зависимостью его емкости от температуры.

Поставленная задача была успешно разрешена. Но тут-то и начинается, собственно, история открытия, сделанного Вулом. Ученого заинтересовало, чем вызвано столь резкое различие диэлектрических проницаемостей двух близких по составу веществ—^; титаната магния и титаната кальция, которые оба принадлежат ко второй группе элементов таблицы Менделеева. Поляризация твердых диэлектриков в основном слагается из двух поляризаций — ионной и электронной. Ионная объясняется тем, что под действием поля деформируется кристаллическая решетка, в узлах которой находятся ионы (заряженные атомы, потерявшие часть своих электронов или, наоборот, имеющие лишние электроны), образующие молекулу. Электронная поляризация вызывается смещением этектронов, входящих в состав атомов или ионов. Вычисления показали, что

ИОН ТИТАНА Ci ИОН КИСЛОРОДА

ИОН БАРИЯ

Кристаллическая решетка типа перовскит. Такое строение имеет молекула титаната бария.

электронная поляризуемость титаната кальция больше, чем у титаната магния. В этом нет никакого противоречия. И суммарная диэлектрическая проницаемость первого вещества больше, чём у последнего.

Вопрос, казалось бы, можно было считать исчерпанным. Но ученый пошел дальше. Оба титаната, оказалось, отличаются. кроме того, типами своих решеток. Титанат кальция образует решетку типа перовскит: куб, в центре которого стоит ион кальция, по углам находятся ионы титана, а между ними сидят ионы кислорода. Титанат же магния образует более сложную решетку типа ильменит. Тонкими опытами Вул установил, что разница диэлектрической проницаемости титанатов определяется главным образом различием в строении решетки. Решетка типа перовскит благоприятствует получению большей величины диэлектрической проницаемости. Ионы в ней расставлены между собою дальше и потому смещаются легче, чем в решетке ильменит. Ну, а если радиус иона щелочно-земельного металла, сидящего в центре куба, будет больше,— что произойдет тоща? Очевидно, что расстояние между ионами по мере увеличения радиуса центрального иона тоже начнет увеличиваться, жесткость решетки станет еще слабее. Эти соображения легли в основу дальнейших

Справа изображены: вверху — бакелитовый конденсатор, посредине — новый конденсатор из титаната бария, внизу — он же, полностью готовый, покрытый изолирующей обмазкой и с припаянными отводами. Емкость нового конденсатора, несмотря на его малость> в два с половиной раза больше, чем у бакелитового, хотя оба они выдерживают одинаковое напряжение. Слева изображены: вверху — бакелитовый конденсатор, посредине примерно равный ему по емкости 'керамический конденсатор из соединения рутила с доломитом, внизу — конденсатор из титаната бария в виде кружка (сейчас делаются главным образом конденсаторы трубчатые).

экспериментов. Началась планомерная, организованная охота за веществом высокой диэлектрической постоянной.

Ион тем больше, чем выше атомный номер элемента. Значит, надо иттп дальше по таблице Менделеева, соединяя с двуокисью титана все более и более срединные металлы второй группы. Следующим был стронций. Его атомный вес 92. Предположения подтвердились: у титаната этого вещества диэлектрическая постоянная оказалась равной 150. И вот последний во второй группе элемент — барий... На столе •исследователя — титанат бария. Последний титанат щелочно-земельного металла. За барием идет радий. Это уже слишком неспокойный и дорогой элемент... Измерительная установка начала свою работу, — и экспериментаторы застывают в изумлении. Приборы показывают: диэлектрическая проницаемость титаната бария больше I ООО. В сотни раз больше, чем у слюды и бумаги!

Начинаются подробнейшие исследования этого удивительного качества тита ната бария. Они показали, что титанат бария относится к группе веществ, известных в физике под названием сегне-то- электр и ков. Титанат бария —первый сегнето-электрик, который может быть использован практически как диэлектрик. Из него можно готовить керамическую массу для конденсаторов.

Применение материалов со сверхвысокой диэлектрической проницаемостью откроет в Электротехнике новую главу. В сотни раз можно будет уменьшить размеры конденсаторов.

Конденсатор можно сделать весьма высоковольтным, утолщив слой диэлектрика. Новые конденсаторы, конденса торы будущего, дешевые, компактные, с огромной емкостью и высоким пробивным напряжением, найдут самое разнообразное применение. Электротехнике давно ждет таких конденсаторов. Они нужны промышленной высокочастотной электротехнике, рентгенотехнике, электронной микроскопии и т. п. Эти конденсаторы помогут увеличивать косинус фи — коэфициент мощности, сделать электроустановки более экономными.

Применение новых конденсаторов, говорит член-корреспондент Академии наук СССР В. П. Вологдин, позволит использовать в промышленной электротехнике резонансные системы. Резонансные схемы до сих пор были привилегией радиотехники. Для того чтобы построить резонансную схему для промышленной частоты в 50 герц, нужны конденсаторы большой емкости и с высоким пробивным напряжением. Работа Б. М. Вул а открывает путь к созданию конденсаторов которые можно будет придать электромоторам, трансформаторам и т. п., сделать их частями колебательных контуров с собственной частотой, равной частоте переменного тока в сети. Теперь их работа будет итти в такт вместе с изменениями тока во внешней цепи. Работа в резонанс необычайно выгодна. Вспомните, как легко раскачать качели, если их толкать в такт с их колебаниями. Подобный же процесс происходит и в электрической схеме. Коэфициент полезного действия электрических установок при применении резонансных схем будет резко повышен.

Конденсатор нового типа, говорит В. П. Вологдин, даст возможность промышленной электротехнике перейти на широкое использование высокой частоты. Это сулит большие выгоды. Высокочастотный электромотор, например, будет значительно компактней и быстроходней, чем теперешние моторы.

Открытие Б. М. Вула —большое завоевание не только советской, но и всей мировой мауки.

2