Cuarțul rulează sunet
De ce credeți că avem televizoare color mai târziu decât alb-negru? Așa e, din motive tehnice. Dar nu deloc despre ceea ce crezi.
Vechii moscoviți își amintesc apartamentele comunale din anii 50 și receptorul de televiziune KVN-49. În apropierea ecranului mic, nu numai locuitorii apartamentului, dar și vecinii de pe podea, s-au adunat. Primii vorbitori - fermecătorul Nina Kondratov și Valya Leontiev - au fost primiți ca oameni apropiați. Fiecare program de televiziune a fost discutat intens. Au fost atât de mulți iubitori și admiratori în cameră că nu ar fi loc pentru o versiune color a receptorului de televiziune. În acel moment, un cablu de 13 km lungă sa bazat pe el. Te întrebi, de unde a apărut această cifră?
Într-un televizor color, pentru transmiterea pe ecran a tuturor culorilor curcubeului, mai multe noduri sunt responsabile. Una dintre ele este o linie de întârziere și avem nevoie de ea pentru asta. Imaginea de pe ecran este formată din 625 de linii, fiecare dintre care se desfășoară în decurs de 64 de microsecunde (amintim că 1 s constă în 1 milion de microsecunde). În receptor, prezența simultană a două semnale color este necesară pentru a forma semnale de diferență de culoare. Pentru coincidența lor în timp, se utilizează o linie de întârziere cu ultrasunete (ULZ): întârzierea se face doar la 64 μs.
Cu toate acestea, ceea ce transformă un semnal electromagnetic într-un semnal acustic? Desigur, cuarț!
În 1880, oamenii de știință francezi, frații Paul Jean Curie și Pierre Curie, au experimentat cristale de cristal de rock. Ei le-au conectat la un galvanometru și i-au supus la diverse compresiuni și tulpini. În general, experimentele pot părea destul de nebunești. La urma urmei, nu poate fi un curent electric în dielectric, care este cuarț! Cu toate acestea, ca și în cazul termocuplurilor, sa mutat săgeata galvanometrului. Și dacă cristalul de cuart a fost comprimat, apoi pe laturile opuse ale cristalului de cuarț, au apărut încărcături opuse de sarcină electrică: pe o față pozitivă, pe de altă parte - negativă. În același timp, acul galvanometrului sa deplasat spre dreapta. Dacă cristalul a fost întins, atunci săgeata galvanometrului sa deplasat spre stânga, deoarece fețele au fost reîncărcate (Figura 17).
Fig. 17. Apariția încărcărilor electrice pe fețele unui cristal de cuarț atunci când este comprimată (a) și întinsă (b)
Un fenomen deschis a fost numit piezoelectricitate (niezo în greacă "I press"). Mai târziu, frații Curie au descoperit că efectul piezoelectric este reversibil. Atunci când fețele cristalului au fost create, spre deosebire de încărcăturile electrice, acesta a contractat sau a fost întins în funcție de poziția încărcăturilor.
Să revenim la televizorul color și liniile de întârziere acustică. Principiul muncii lor este clar din Fig. 18. Semnalul electromagnetic cu ajutorul unei plăci din piezoquartz este transformat în sunet și întârziat în linia de sunet pentru timpul necesar. Următoarea placă returnează din nou semnalul în domeniul electromagnetic. Dimensiunile conductei de sunet nu trebuie să depindă de fluctuațiile de temperatură. Materialul cu un coeficient de expansiune termică este cunoscut deja - este o sticlă de cuarț cu un amestec de oxid de titan.
Fig. 18 Schema de funcționare a unei linii de întârziere acustică asupra undelor de volum: 1 - convertor electromecanic; 2 - conducta de sunet; 3 - unde electromagnetice; 4 - unde acustice
Astfel, în televizoarele color moderne există două modificări de siliciu - piezoquartz și leshatelerit.
Liniile de întârziere acustică au venit la îndemână în multe ramuri ale tehnologiei moderne. Radar, tehnologie de navigație, dispozitive de codare și stocare în computere, tehnologia spațială nu se poate face fără ele. În multe cazuri, sticla de cuarț ca conductoare de sunet nu era potrivită. A fost foarte rapid decolorarea sunetului - pentru câțiva centimetri. Materialul necesar a fost mai elastic decât sticla. Era același cuarț. Pe baza ei se produc linii de întârziere, de-a lungul cărora se desfășoară valuri acustice cu o frecvență de sute de megahertzi.
Revoluția reală în aplicarea tehnică a cuarțului a fost realizată de omul de știință sovietic KN Baransky. În timpul războiului a fost un detectiv de radio. Și în timp de pace, lucrând ca profesor asistent la Universitatea de Stat din Moscova, studiase oscilațiile sonore. În 1957, Baransky a demonstrat că în liniile de întârziere nu sunt necesare convertoare electromecanice piezoquartz. Undele acustice pot fi excitate direct pe suprafața unui singur cristal de cuarț. Ca urmare, frecvența undelor generate a sărit imediat la 10 GHz. După un timp, oamenii de știință americani au crescut această cifră de 10 ori.
În Fig. 19 prezintă o tăietură de cuarț tăiată într-o direcție strict definită. Pe suprafața sa sub vid, metalul este pulverizat astfel încât să se formeze un convertor interdigital. Schema de lucru este următoarea: semnalul electromagnetic alimentat la stânga este transformat într-un val acustic de suprafață, întârziat de timpul necesar și din nou transformat într-un val electromagnetic. O linie de întârziere care funcționează pe un agent tensioactiv diferă de ceilalți în capacitatea sa de a transmite vibrații acustice într-un interval neobișnuit de îngust. Prin urmare, utilizarea sa ca un filtru de bandă îngustă, care funcționează cu succes în televiziune, de radio, și cuptor cu microunde linii m. P. Un astfel de filtru nu se transmite „alte“ semnale și pot primi și procesa informațiile, fără interferențe.
Fig. 19. Schema liniei de întârziere acustică pentru surfactanți: 1 - o placă de cuarț; 2 - traductor interdigital; 3 - surfactant
O linie de întârziere cu cuarț poate servi ca o celulă de memorie pe computer pe termen scurt sau dinamic. Mașina, după ce a primit un rezultat intermediar, o transformă într-un semnal acustic și o trimite la linia de întârziere. Semnalul este stocat de la una la câteva sute de microsecunde. În acest timp, computerul reușește să realizeze mii de operații și să primească informațiile necesare din blocul de memorie dinamic.
Linii de întârziere vor ajuta navele spațiale să vadă și să audă mai bine. De exemplu, ne apropiem de Marte și se pregătesc să facă o aterizare moale. Radarul de la bord sondă planeta cu fascicule electromagnetice. Radiațiile sunt reflectate și returnate la antena de recepție. Simultan, semnalul radar este alimentat într-o serie UDL lungimi diferite. dispozitiv special compară timpul de sosire a semnalelor de la suprafața planetei Marte, și a liniilor de întârziere. Ca urmare, distanța până la zona de aterizare este determinată cu o precizie de până la 1 m. Cu informații fiabile despre mediul, computerul de bord este de manevră pentru motoarele de operare, selectând cel mai bun mod, și în cele din urmă face un full-time, cum se spune cosmonautii de aterizare.
În concluzie, să vorbim despre utilizarea piezoquartz-ului în viitor. Se crede că undele gravitaționale (dacă există, desigur, există) se răspândesc mai repede decât lumina. Ar fi tentant să le folosim pentru comunicații spațiale cu rază lungă de acțiune. Dar de unde pot obține un detector pentru a prinde aceste valuri? Omul de știință britanic Bondi a subliniat că, dacă există câteva puncte materiale în fața frontului valurilor care călătoresc, atunci se vor dezavantaja în mod inevitabil sub acțiunea energiei valurilor. Dacă atomii cuarțului sunt folosiți ca puncte materiale, atunci pe frontul valurilor vor căuta și o discrepanță. În acest caz, datorită efectului piezoelectric, apare un curent electric. Și poate fi fixat cu galvanometre.
Cu ajutorul unui cristal suficient de masiv de cuarț, se poate detecta chiar și radiația gravitațională. De fapt, aceasta a fost experiența lui Weber. Omul de știință american a folosit un cilindru de o mie și jumătate cu senzori piezo cuarț montați pe lungimea sa. În procesul de cercetare, Weber a remarcat câteva explozii de radiații gravitaționale. Cu toate acestea, mulți fizicieni au găsit deficiențe în experiment. Deci până acum și este neclar - există radiații gravitaționale sau nu. Această întrebare poate fi răspunsă de cineva care va crește un singur cristal de cuarț care cântărește nu mai puțin de o tonă. Înainte de generarea de tineri oameni de știință există o sarcină dificilă, dar realizabilă.
Trimiteți-le prietenilor: