Спартак Ахметов - Беседы о геммологии

На таких световодах уже работают телефонные линии передачи на расстояния до 3000 километров. Их ждут промышленные предприятия, где станками и автоматизированными комплексами управляют ЭВМ. В 1990 году должна войти в строй световодная линия связи между Европой и Америкой, проложенная по дну Атлантического океана. Она расширит контакты между континентами.

По кварцу бежит звук.Как вы думаете, почему у нас цветные телевизоры появились позже черно-белых? Правильно, по техническим причинам. Однако что это за причины?

Старые москвичи помнят коммунальные квартиры 50-х годов и телевизионный приемник КВН-49. Возле крошечного экрана собирались не только хозяева квартиры, но и соседи по этажу. Первых дикторов — прелестных Нину Кондратову и Валю Леонтьеву — приветствовали как близких людей. Каждая телевизионная передача живо обсуждалась. Любителей и почитателей набивалось в комнату столько, что для цветного варианта телевизионного приемника места не оставалось. По тем временам к нему полагался кабель длиной 13 километров. Вы спросите, откуда взялась такая цифра?

В цветном телевизоре за передачу на экран всех цветов радуги ответственны несколько узлов. Один из них — линия задержки, и нужна она вот для чего. Изображение на экране формируется из 625 строк, каждая из которых разворачивается в течение 64 микросекунд (напомним, что одна секунда состоит из миллиона микросекунд). В приемнике для формирования цветоразностных сигналов необходимо одновременное присутствие двух цветовых сигналов. Для их совпадения во времени и используется ультразвуковая линия задержки (УЛЗ): задержка производится как раз на необходимые 64 микросекунды.

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: