Звуки в морских глубинах (Хорбенко) - страница 11

Рис. 12. Если пластину кварца сжимать и разжимать, то на ее гранях возникнут электрические заряды.

Чем сильнее сжимать пластинку, тем больший заряд возникает на ее гранях. И наоборот, если к этой пластинке подвести напряжение, то она изменит свой размер. Чем больше напряжение, тем больше изменится размер.

При изменении знака приложенного напряжения кварцевая пластинка будет то сжиматься, то разжиматься, иными словами, она будет колебаться в такт с изменением знаков приложенного напряжения. Чем чаще будут изменяться знаки подводимого напряжения, тем быстрее будет колебаться пластинка.

Возникновение электрических зарядов на гранях кварцевой пластинки при механическом воздействии получило название прямого пьезоэлектрического эффекта (рис. 13, а), а изменение размеров пластинки под действием электрических зарядов — обратного пьезоэлектрического эффекта (рис. 13, б).

Рис. 13. Пьезоэлектрический эффект: а — прямой; б — обратный.

Это замечательное свойство кристаллов кварца и сегнетовой соли легло в основу создания источника ультразвуковых колебаний. В чем же физический смысл пьезоэлектричества? В основе пьезоэлектричества лежит явление поляризации диэлектриков, в результате которого под действием электрического поля внутри вещества возникают электрические диполи.

Электрические диполи представляют собой частицы вещества с двумя разноименными зарядами, находящимися один от другого на некотором расстоянии. Электрический диполь можно сравнить с маленьким заряженным конденсатором с разноименными полюсами.

Существуют естественные диэлектрики, которые имеют дипольную структуру и без электрического поля, к ним относятся пьезокристаллы.

В природе кварцы встречаются небольших размеров. Излучатель, сделанный из маленькой кварцевой пластинки, имеет небольшую мощность, в то время как нам необходим мощный источник ультразвука.

Ланжевен предложил маленькие пластинки кварца составлять в виде мозаики (рис. 14), чтобы увеличить площадь излучателя.

Рис. 14. Мозаика, составленная из пластинок кварца.

Однако одна мозаика из кварцевых пластин — это еще не излучатель, а только его сердцевина. Поэтому кварцевую мозаику приклеивают к металлической мембране. Но и это не все. Чтобы кварцевые пластины колебались, а вместе с ними колебалась и мембрана, нужно к излучателю подключить источник высокочастотных колебаний.

Сравнительно недавно научились выращивать кварцы больших размеров лабораторным путем. Пластины из таких кристаллов не нужно склеивать. Но растут кристаллы кварца медленно и дороги в производстве.