Беседы о геммологии - [71]

Попробуем сделать линию задержки из медной проволоки. Телевизионный сигнал будет распространяться по ней со скоростью примерно двести тысяч метров в секунду или 0,2 километра в микросекунду. Для того чтобы задержать его на нужное количество микросекунд, требуется кабель длиной почти 13 километров. Естественно, в коммунальной квартире места для него не найдется.

Конечно, это шутка. Однако поиск материалов, способных служить линиями задержки, был делом серьезным. Решение нашлось только после того, как научились трансформировать электромагнитную волну в звуковую. Как известно, акустические волны распространяются в твердых телах со скоростью примерно 0,2 сантиметра в микросекунду. Для задержки сигнала на 64 микросекунды требуется стержень длиной всего-навсего 13 сантиметров. Он свободно размещается в коробке телевизионного приемника.

Однако что же преобразует электромагнитный сигнал в акустический? Разумеется, кварц!

В 1880 году французские ученые и братья Поль Жан Кюри и Пьер Кюри экспериментировали с кристаллами горного хрусталя. Они подсоединили его к гальванометру и подвергли разнообразным сжатиям и растяжениям. В общем-то опыты могут показаться довольно безумными. Ведь не может в диэлектрике, каковым является кварц, возникнуть электрический ток! Тем не менее стрелка гальванометра двинулась. Причем если кристалл сжимали, то на его гранях, перпендикулярных направлению сжатия, возникали разноименные электрические заряды: на одной грани положительные, на другой — отрицательные. При этом стрелка гальванометра двигалась вправо. Если же кристалл растягивали, то стрелка гальванометра двигалась влево, так как грани перезаряжались.

Открытое явление было названо пьезоэлектричеством (пьезо по-гречески — давлю). Позднее братья Кюри обнаружили, что пьезоэлектрический эффект обратим. Когда на гранях кристалла создавали разноименные электрические заряды, то он либо сжимался, либо растягивался, в зависимости от положения зарядов.

Вернемся к цветному телевизору и акустическим линиям задержки. Принцип их работы заключается вот в чем. Электромагнитный сигнал с помощью пластинки из пьезокварца преобразуется в звуковой и задерживается в звукопроводе на необходимое время. Следующая пластинка вновь возвращает сигнал в электромагнитный диапазон. Размеры звукопровода не должны зависеть от колебаний температуры. Материал с нулевым коэффициентом термического расширения нам уже известен — это кварцевое стекло с примесью оксида титана. Таким образом, в современных цветных телевизорах работают две модификации кремнезема — кварц и кварцевое стекло.

Попутно расскажем о пироэлектричестве. По преданию, его открыл древнегреческий философ Фалес (624–547 гг. до н. э.). Философ много путешествовал по странам Востока, предсказал солнечное затмение в 585 году до н. э. Считают, что именно он обнаружил способность янтаря после натирания притягивать птичий пух и соломинки (электризация трением). Достоверный рассказ об этом впервые описан в книге «Тимей» другого древнегреческого философа — Платона (427–347 гг. до н. э.). Бируни в своей «Минералогии» цитирует стихи, в которых говорится о том же:

Глаза мерцают, словно влажный виноград.

Молю: взгляни! Других не надобно наград.

Ресницы так притягивают сердце,

Как не влечет к себе соломинку гранат.

(Перевод С. Ахметова)

В 1757 году явление пироэлектричества в кристаллах драгоценного турмалина описал русский физик Эпинус. Он же впервые объяснил явление поляризации. Через 127 лет ученый мир был поражен опытом Кундта. Немецкий ученый опылил нагретый кристалл турмалина порошкообразной смесью серы и сурика, пропущенной через шелковое сито. При трении о шелк частички серы заряжались отрицательно, частицы сурика — положительно. Поэтому один конец турмалина окрасился в желтый цвет серы, а другой — в красный цвет сурика. Не правда ли, весьма наглядный опыт? Тем более что при охлаждении кристалла полюса поменялись местами, изменив окраску.

По современным данным, в кристалле самоцветного турмалина при изменении температуры на один кельвин возникает электрическое поле напряженностью 400 вольт на сантиметр. Как и все пироэлектрики, турмалин является также и пьезоэлектриком. Это правило не имеет обратной силы, то есть не все пьезоэлектрики обнаруживают пироэлектрические свойства.

Расскажем о возможном применении пьезокварца в будущем. Считается, что гравитационные волны (если они существуют) распространяются быстрее света. Заманчиво было бы использовать их для дальней космической связи. Но где же взять детектор для улавливания волн? Английский ученый Бонди указывал, что если перед фронтом волны расположены какие-то материальные точки, то они будут непременно расходиться под действием энергии волны. Далее прочитаем выдержку из научно-фантастической повести С. Ахметова «Сигналы жизни»:

«Любопытно, черт побери, — думал Камилл. — Если в качестве материальных точек использовать атомы кварца, то на фронте волны они будут стремиться к расхождению. При этом вследствие пьезоэффекта возникает электрический ток. А уж его можно зафиксировать гальванометрами… С помощью достаточно массивного кристалла можно даже уловить гравитационное излучение. Ну конечно, это же эксперимент Вебера! Американский ученый использовал полуторатонный цилиндр с вмонтированными по длине кварцевыми пьезодатчиками… Помнится, Вебер отметил несколько всплесков гравитационного излучения. Однако многие физики нашли в эксперименте изъяны. Так до сих пор и неясно — есть гравитационное излучение или его нет. На этот вопрос может ответить монокристалл кварца весом в тонну. Но как его вырастить?..»