Электроника?.. Нет ничего проще!

Л. — Конечно, стану, хотя ты и не согласен. Почему ты думаешь, что ультразвук не может распространяться в жидкости и твердых телах, если обычные звуки превосходно там проходят? Ты, вероятно, уже заметил, что во время ныряния очень хорошо слышен шум винтов кораблей, проходящих очень далеко от тебя. Ультразвук распространяется в воде еще лучше. Благодаря короткой длине волны ультразвук можно легко сконцентрировать в узкий пучок и благополучно послать на значительное расстояние. Но как я тебе уже сказал, для получения ультразвука очень редко пользуются приспособлениями типа громкоговорителей.

Н. — Но я совершенно не представляю, чем, кроме громкоговорителя, можно создавать ультразвук.

Л. — Два основных способа основаны на использовании пьезоэлектричества и магнитострикции.

Н. — Если ты и дальше будешь бросаться подобными словами, мне лучше немедленно уйти.

Пьезоэлектрические генераторы ультразвука

Л. — Успокойся, Незнайкин. Пьезоэлектричество — это свойство некоторых кристаллов порождать электрическое напряжение при механическом воздействии на них. С этим явлением ты уже знаком, так как пьезоэлектрические звукосниматели получили широкое распространение. Явление это обратимо, иначе говоря, при приложении электрического напряжения к двум электродам, соответствующим образом расположенным на кристалле, последний деформируется. С помощью кристалла такого типа (например, кварца) и создают ультразвук: на кристалл подают переменное электрическое напряжение ультразвуковой частоты, и кристалл начинает вибрировать с той же частотой.

Н. — Но это же чудесный прибор! Он может служить вместо громкоговорителя. После твоих объяснений я предполагаю, что он должен очень хорошо воспроизводить высокие частоты.

Л. — И даже очень высокие. Однако низкие частоты он воспроизводит очень плохо, так как для получения звуков низкой частоты необходима большая амплитуда, а амплитуда деформации кристалла невелика. Она настолько мала, что производимый ультразвук не удалось бы обнаружить даже специальными приспособлениями, если бы не использовали явление резонанса. Как ты знаешь, кристалл имеет собственную частоту колебаний. На этой-то частоте и возбуждают кристалл. Тогда амплитуда колебаний становится больше. Чтобы послать ультразвук в жидкость, кристалл погружают в эту жидкость; при надобности послать ультразвук в твердое тело кристалл прижимают к этому предмету, а между ними для обеспечения хорошего контакта наносят тонкий слой жидкого масла.

Н. — Прости мой вопрос, а зачем нужно посылать ультразвук в жидкости или в твердые тела?

Л. — Направленный в жидкость ультразвук обладает свойством превращать вещества в коллоидные суспензии. Он также убивает микроорганизмы, благодаря чему он может использоваться для стерилизации растворов, но этот метод пока еще не получил широкого распространения. Ультразвук позволяет также получить чрезвычайно однородные смеси из компонентов, которые обычно не смешиваются. Если ты, например, направишь пучок ультразвука в сосуд с водой, на дне которого находится ртуть, то увидишь, как ртуть разобьется на мельчайшие капельки, которые смешаются с водой и образуют своеобразную серую суспензию, и пройдет очень много времени, прежде чем ртуть осядет на дно. В твердые тела ультразвук часто направляют с целью обнаружения скрытых дефектов. Для этого в обследуемый предмет направляют узкий пучок ультразвука; встречая дефекты (трещины или раковины), ультразвук отражается обратно, и по наличию таких отраженных сигналов можно без разрушения самого предмета судить о наличии в нем скрытых изъянов. Об этом методе мы поговорим позднее. Кроме того, подобно радиоволнам в воздухе или вакууме ультразвук можно использовать в воде для связи. Ультразвук позволяет также обнаружить препятствия в воде, найти в море косяки рыбы, чтобы знать, где ее ловить.

Н. — А как устроен генератор ультразвука? Ты говорил мне о кристалле, но мне хотелось бы знать, как его используют.

Ультразвуковые излучатели малой мощности

Л. — Существует несколько способов генерирования ультразвука. В генераторах малой мощности используют кварцевую пластину. Одна ее сторона металлизирована, а другая омывается изолирующей жидкостью, например нефтью. С этой стороны на очень небольшом расстоянии от пластины размещен своеобразный поршень, который служит вторым электродом. Такой генератор в разрезанном виде я изобразил для тебя на рис. 109.

Рис. 109.Укрепленная на конце ультразвукового излучателя кварцевая пластинка приходит в колебательное движение и посылает в воду пучок ультразвука. Ультразвук отражается от дна сосуда, и давление излучения образует на поверхности воды небольшой гейзер.

Как ты видишь, поршень находится очень близко от задней поверхности кварцевой пластины, но никогда ее не касается.