Первоначала вещей - [29]
По-гречески слово «пьезо» означает давление, слово «эффект» — действие; поэтому появление электрических зарядов под действием давления и назвали пьезоэлектрическим эффектом.
Пьезоэлектрический эффект обратим. Это означает, что если противоположные грани пластинки зарядить разноименным электричеством, то в зависимости от того, какая грань заряжена положительно, а какая отрицательно, пластинка или сожмется или сделается более толстой.
Пьезоэлектрические кристаллы используются в многочисленных приборах, предназначенных для измерения давления. Действительно, для того чтобы узнать давление, достаточно измерить величину возникшего заряда, а это в наше время можно сделать очень точно.
То, что мы называем звуком, представляет собою чередующиеся сжатия и разряжения воздуха, воды или какого-либо другого материала, в котором звук распространяется. Естественно, что пьезоэлектрические кристаллы можно использовать и для устройства чувствительных приемников звука — пьезокристаллических микрофонов.
Пьезокристаллические микрофоны широко применяются в гидроакустике для обнаружения приближающихся судов или подводных лодок.
Обратный пьезоэлектрический эффект используется при устройстве кристаллических излучателей звука. Особенно велико значение этих приборов (рис. 57) при получении ультразвуков, находящих себе все более широкое применение в технике, биологии, медицине.
>Рис. 57. Пьезоэлектрический излучатель ультразвука.
Жидкости, которые не текут
Наше знакомство с твердыми телами будет неполным, если не упомянуть о твердых телах, не имеющих правильной формы, характерной для кристаллов.
Взгляните на кусок оконного стекла. Специальной машиной ему придана хорошо знакомая нам форма тонкой пластинки. Если разбить кусок стекла, то среди осколков не удастся обнаружить правильных кристаллов. Очевидно, частицы стекла не расположены в таком строгом порядке, как частицы, образующие кристаллы. Современная наука подтверждает это заключение.
Тела, которые по своим механическим свойствам являются твердыми телами, но частицы которых расположены недостаточно упорядоченно для того, чтобы образовать кристаллы, называют аморфными телами.
Почему же возникают аморфные тела?
Ответ на этот вопрос мы, по существу, уже знаем: иногда при охлаждении жидкостей их вязкость настолько возрастает, что они теряют текучесть и по механическим свойствам уподобляются твердым телам.
Большая вязкость мешает частицам занять строго упорядоченное положение, характеризующее кристалл. Чем больше вязкость жидкости, тем труднее она кристаллизуется. Вязкость чистого глицерина более чем в тысячу раз превосходит вязкость воды. Кристаллизация глицерина происходит с большим трудом. Именно поэтому глицерин вплоть до второй половины XIX века был известен только как жидкость, хотя открыли его еще в XVIII веке.
Практически, для того чтобы получить кристаллический глицерин, в жидкость необходимо ввести несколько кристалликов его, которые послужат затравкой.
В 1867 году в Лондон из Вены привезли бочки с глицерином. Открывавшие бочки чиновники были озадачены: вместо ожидаемой жидкости бочки оказались наполненными неизвестными кристаллами. Как показал анализ, это были кристаллы глицерина, возникшие благодаря редкой комбинации движений при качке судна, перевозившего бочки. Движение судна, морская качка помогли молекулам улечься в порядке, характерном для кристалла.
Однако подобное стечение обстоятельств очень мало вероятно, и потому самопроизвольную кристаллизацию глицерина наблюдали с тех пор всего два-три раза.
При низких температурах кристаллическая форма тел более устойчива, чем аморфная; поэтому многие аморфные тела сами по себе очень медленно переходят в тела кристаллические. В стекле такой переход вызывает помутнение, а иногда и растрескивание, и известен многим из обыденной жизни. Он называется «расстекловыванием». Подобный же процесс наблюдается в аморфном сахаре, называемом «карамелью». Когда карамель самопроизвольно кристаллизуется, говорят, что она «засахаривается».
Аморфными телами являются получившие в последнее время большое распространение как в быту, так и в технике различные пластические массы.
Часто одно и то же тело может существовать как в виде кристалла, так и в виде аморфного тела.
Если расплавить кристалл кварца и затем охладить образовавшуюся жидкость, то при этом возникнут не кристаллы кварца, а аморфное кварцевое стекло.
Кварцевое стекло не обладает пьезоэлектрическим эффектом. Его свойства одинаковы во всех направлениях.
В расположении частиц, образующих аморфное тело, упорядоченность ограничивается, так же как и у жидкостей, лишь ближайшими соседями каждой из частиц.
Горный хрусталь, кварцевое стекло и многие другие вещества являются соединением атомов двух различных элементов. Если условиться изображать атомы одного из этих элементов черными кружками, а атомы другого — белыми, то соотношение в расположении частиц в кристаллическом и аморфном твердых телах можно упрощенно пояснить рисунком 58.
>Рис. 58: а — строение кристалла, б — строение аморфного стекла.
Слева на рисунке представлено расположение атомов в кристаллах, а справа — в стекле. Мы видим, что порядок, наблюдаемый в расположении атомов в кристалле, нарушается при превращении последнего в стекло. Однако полностью порядок в стекле не исчезает. Возле каждого атома, взятого в отдельности, порядок сохраняется неизменным, но он оказывается нарушенным, если рассматривать все твердое тело целиком.
