Страница:Радиофронт 1937 г. №03.djvu/48

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок
Эта страница не была вычитана


Т. Попои

Французский физик профессор Лавжевен использовал пьезоэлектрические свойства кристалла кварца для получения упругих колебаний (ультразвуковых волн) в воде1.

Для возбуждения колебаний в воде служило следующее устройство: из кристалла кварца был вырезав ряд пластин перпендикулярно одной из его электрических осей. Из пластин была составлена так называемая „кварцевая мозаика", которая затем располагалась между двумя электрически изолированными друг от друга стальными электродами (пластинами). Один из этих электродов соприкасался с морской водой. Кварцевая мозаика и стальные электроды—обкладки вместе представляют как бы плоский конденсатор, диэлектриком которого служит кварцевая мозанка. Если подвести к стальным влектродам переменное напряжение, то кварц будет деформироваться (сжиматься и расширяться) с частотой приложенного напряжения2 * *, т. е. будет совершать механические колебания.

Величина этих механических колебаний кварцевой мозаики, а с ней и стальных электродов пропорциональна подведенному электрическому напряжению U. Коэфициентом пропорциональности служит так называемая пьезоэлектрическая константа—К. Таким образом амплитуда механических колебаний кварца А выражается формулой:

A = KU (1)

коэфициент К для кварца составляет примерно

7 • 10~8

При обычных условиях величина деформации кварцевой мозаики невелика; но если к ней подводить переменное напряжение, частота которого равна собственной частоте колебаний кварцевого осциллятора, то амплитуда колебаний увеличивается во много раз.

Пользуясь этим устройством, можно преобразовать электрические колебания в механические, а так как один из электродов соприкасается с морской водой, то его механические колебания будут передаваться воде и создавать в ней сжатия и разрежения, т. е. упругие волны, которые будут распространяться на относительно большие расстояния. Длина этих_угтругих волн зависит от частоты колебаний кварцевой пластинки и определяется отношением:

Здесь:

X—длина волны упругих колебаний в воде, с—скорость распространения звука в воде (приблизительно она равна 1 500 м в секунду),

/—частота напряжения, приложенного к кварцевому конденсатору, или, что то же самое, частота механических колебаний в воде.

Для того чтобы механические колебания в воде излучались в виде узкого пучка в одном направлении, нужно, чтобы размеры кварцевого конденсатора излучателя звука были велики по сравнению с длиной волны, возбуждаемой в воде.

Направленность излучения характеризуется выражением:

1* О

sm а = Ц 2J

где X—длина волны звука в воде,

D—диаметр кварцевого излучателя.

Почти вся излучаемая ультразвуковая энергия (около 90%) сосредоточена в конусе, полураструб которого ошэеделяется формулой (3).

Пьезоэлектрический эффект обратим *, в поэтому кварцевый излучатель Ланжевена может быть использован н для преобразования приходящих механических колебаний в электрические.

Если в воде возбуждены упругие волны, то электрод, соприкасающийся с водой, совершает механические колебания. Так как электрод при Этом давит на кварцевую мозаику, то на поверхностях кварцевой мозаики возникает переменное напряжение, которое пропорционально давлению иа мозаику. Подобный кварцевый излучатель Ланже юна в разрезе изображен на рис. 2. А и В—стам ные электроды, a q—кварцевая мозаика. Электрод В соприкасается с морской водой.

46

1 Пьезоэлектрический эффект был открыт братьями Пьером и Жаком Кюррн в 1880 г.

2 Это изменение размеров кристалла кварца под

действием электрического напряжения носит название прямого пьезоэлектрического эффекта.

1 Обратным пьезоэлектрическим эффектом называется явление возникновения электрических напряжений на поверхностях кварцевой пластины, когда эта пластина подвергается сжатию или растяжению.