В мире исканий

— Пьезоэлементы, — прошептал Женя, кивком головы обращая внимание Миши на ящик. Так как практикант молчал, то Женя решил развить свою мысль по поводу пьезоэлементов более подробно. — У нас, в нижнем этаже, — начал он, пристально глядя на Мишу, — имеется цех, где выращиваются кристаллы сегнетовой соли, из которых делаются эти самые пьезоэлементы. Очень забавно… Стоят большие банки с раствором сегнетовой соли, а в них, по мере того как испаряется вода, растут кристаллы. Вот такие иногда вырастают… — Женя растопырил пальцы, указывая размер, и сделал паузу, словно, сообщив своему собеседнику превеликую тайну, ждал, как тот будет на нее реагировать. — Кристаллы пилят на пластинки. Затем поверхность пластинок покрывают электропроводным слоем… и получается пьезоэлемент. А иногда пьезоэлементы делаются не из сегнетовой соли, а из кварца. Вы знаете, как они работают?

Мише хорошо было известно, что такое пьезоэлемент и как он действует, но он попросил механика объяснить: Мишу забавлял многозначительный тон Жени.

— Вот смотрите… — продолжал Женя, вынимая из ящика одну из пластинок. — Вы видите, что с двух сторон поверхности у нее словно серебром покрыты. Это электропроводный слой. Теперь что получается? Присоединяете вы к этим серебристым поверхностям провода с электрическим напряжением — сразу пластинка немного удлиняется. Незаметно на глаз, конечно! На очень маленькую величину! А если подключить переменное напряжение, что будет? А получится то, что пластинка попеременно начнет удлиняться и укорачиваться. Вибрировать! — Глаза молодого механика засветились огнем воодушевления — видно, ему нравилась роль просветителя, и только голос продолжал оставаться приглушенным, каким обычно полагается раскрывать величайшие тайны. — Вибрировать! Колебаться! — продолжал он, быстрым движением пальцев поясняя, как должна вибрировать пластинка. — Это свойство некоторых кристаллов расширяться и сужаться под влиянием электрического напряжения и называется пьезоэффектом… Теперь посмотрим, где это можно применить на практике. Можно сделать излучатель звука. Если такую вибрирующую пластинку из сегнетовой соли прижать, например, к мембране, то она тоже начнет колебаться вместе с пластинкой и излучать звук в воздух или в воду. Самый высокий, даже уже не слышимый человеческим ухом звук — ультразвук — может вырабатывать излучатель, построенный на принципе пьезоэффекта!

— Очень интересно, — вставил Миша.

— Это еще не все, — продолжал механик, чуть-чуть улыбнувшись, что, вероятно, говорило о большом удовлетворении, которое он получил от оценки, данной его рассказу. — А как устроены гидрофоны — приемники звука в воде? Гидрофоны разные, конечно, бывают, но наиболее чувствительны те, которые работают на принципе пьезоэффекта. Тут уже играет роль закон обратимости… Пьезоэлемент, если к нему подводить электрическое напряжение, сжимается или расширяется. А если его самого сжимать и расширять, то на его проводящих поверхностях появится электрическое напряжение. Представьте себе мембрану. Она, конечно, как и всякая мембрана — круглая пластинка из упругого материала: железа, дюралюминия или слюды, — всегда колеблется, незаметно на глаз, от звука — волнообразных колебаний в воздухе или в воде. Значит, если к мембране прочно прикрепить пьезоэлемент, то колебания мембраны передадутся пьезоэлементу. А последний под влиянием этих самых колебаний начнет чуть-чуть сжиматься и расширяться. На поверхности кристалла образуется благодаря этому переменное электрическое напряжение. Таким образом, все это устройство будет принимать звук и превращать его в электрические колебания, что и полагается делать любому гидрофону. Вам ясно?

— Совершенно ясно. Спасибо, — ответил Миша, прилагая все усилия, чтобы не улыбнуться.

— А теперь я вам расскажу, как у нас решается задача направленности в приеме звука: это значит, чтобы гидрофон принимал хорошо только звук, поступающий из определенной точки. Вот слушайте…

Однако объяснить студенту принципы аппаратуры для направленного приема звука механику так и не удалось. Его лицо неожиданно стало еще более сосредоточенным и даже испуганным.

— А лак-то, — наверно, уже просох… — проговорил он глухо. — Значит, мы с вами можем наматывать катушку дальше! А мы сидим и болтаем… Давайте-ка примемся за работу.

В комнату вошел Владимир Иванович. Он попросил студента подсесть к письменному столу:

— Можете ли вы рассчитать напряжение на обкладках пьезоэлемента вот этой конфигурации? Посмотрите чертеж. Задача довольно трудная. Без трех-четырех интегральных и диференциальных выкладок тут не обойтись. Учтите также особенность пьезоэлемента этого вида. Он несколько необычен.

— Могу, — тихо ответил Миша и невольно посмотрел в сторону, где сидел Женя.