Глава 373. Пьезоэлектрический эффект
Ло Чун быстро выделил несколько ключевых моментов: гроза в высокогорье, подъем и содрогание горы, а также тот факт, что после окончания бури она вернулась в прежнее состояние. Появление расщелин, несомненно, было вызвано подъемом горного массива, так что это можно было не рассматривать как отдельное явление.
Что касается описанных Ю Е жутких звуков из глубин пещеры и его подозрений о неких "монстрах" внизу, Ло Чун автоматически это проигнорировал. Согласно своему привычному образу мышления, он первым делом попытался найти научное объяснение, и только если бы оно не сработало, стал бы рассматривать иные версии.
Итак, суммируя всё, полезными данными были два ключевых фактора: "гроза" и "подъем и оседание горы".
Мог ли ливень привести к резкому повышению уровня воды в подземной реке, из-за чего вся гора буквально "всплыла"?
Ло Чун быстро покачал головой, отвергая этот вывод. Каким же должен быть поток воды, чтобы заставить подняться целую гору? Даже если в подземной реке случится сильнейшее наводнение, оно максимум вызовет подмыв породы или едва заметную вибрацию. А звуки, которые они слышали, скорее всего, были эхом бушующих потоков воды в пустотах внутри горы.
Если исключить влияние дождевой воды, то остаётся только электричество. Если анализировать в этом направлении, то вспышки в расщелине находят своё объяснение: вероятно, электрические разряды проходили сквозь толщу горы, вызывая физическую реакцию в неких веществах, что и порождало свет.
Но и это было не главным. Главным было то, что молнии привели к подъему и опусканию горы. Говоря научным языком — гора подверглась деформации.
Теперь картина стала более ясной: электричество вызвало деформацию горного массива.
Ло Чун пришёл к такому выводу не на пустом месте. Ю Е чётко указал в письме: "гора начала подниматься после начала грозы, а когда небо прояснилось, она вернулась на место". Это означало, что процесс деформации происходил именно во время ударов молний, а когда электрическое воздействие прекратилось, порода вернулась в исходное состояние.
Ло Чун изо всех сил старался вспомнить школьные знания. В физике деформация объекта под воздействием электрического тока называется... кажется, пьезоэлектрическим эффектом[1]? Пожалуй, только этим понятием можно было логично объяснить происходящее.
Любой, кто хоть немного слушал учителей в школе, знает: в физике существует прямой пьезоэлектрический эффект — это когда при механическом воздействии на определённые материалы в них возникает электрический заряд.
Соответственно, существует и обратный процесс: если пропустить через такой материал ток, он начнёт деформироваться. То есть электрическая энергия преобразуется в механическую — проще говоря, объект меняет форму, создавая внешнюю силу.
И эта реакция называется обратным пьезоэлектрическим эффектом.
Хотя звучит это очень заумно, на самом деле устройства, использующие этот принцип, окружают нас повсюду в повседневной жизни, и мы сталкиваемся с ними каждый день.
Например, обычная пластиковая зажигалка за один юань. Когда мы нажимаем на кнопку, механизм мгновенно высвобождает искру напряжением в несколько тысяч вольт, которая воспламеняет газ. Многие в детстве даже разбирали зажигалки, чтобы достать оттуда тот самый черный пьезоэлемент.
Это и есть использование пьезоэлектричества. Внутри установлен крошечный фрагмент пьезокерамики: при нажатии на него возникает ток. Похожий принцип используется и в кухонных газовых плитах.
При нажатии на кнопку включения электроды на конфорке выдают искру, поджигая газ. С этим сталкивался практически каждый, и это — прямой пьезоэлектрический эффект.
Но то, с чем столкнулся отряд Ю Е, было обратным пьезоэлектрическим эффектом, когда электричество вызывает деформацию материала. Примеры этого тоже повсюду: самый распространенный — мобильный телефон, а если точнее — его динамик и микрофон.
Материалами, наиболее ярко проявляющими такие свойства, являются различные кристаллы. Если не брать в расчет искусственную пьезокерамику, то среди природных веществ это кварц, горный хрусталь или кристаллические осадки металлических руд.
Возьмем, к примеру, кристалл кварца. Если пропустить через него ток, он начнет интенсивно вибрировать или слегка увеличится в размерах. И наоборот, если приложить к нему силу, он сам выработает ток.
Кристаллы крайне чувствительны к давлению и электричеству.
К примеру, если отрезать от кристалла тонкую пластинку диаметром три-четыре миллиметра и толщиной в доли миллиметра, подсоединить к ней электроды и включить в цепь с измерительным прибором, получится удивительное устройство.
Если разместить его в комнате, а в десяти метрах от него пролетит пчела, взмахи её крыльев будут зафиксированы. Пластинка почувствует вибрацию воздуха, преобразует её в слабый ток, и прибор покажет частоту этих колебаний. Если использовать несколько таких датчиков одновременно, можно с высокой точностью определить размер объекта, его местоположение и даже расстояние до него.
Очень напоминает сонар или радар, не так ли? На самом деле в их основе лежит всё тот же пьезоэлектрический принцип.
Этот же механизм работает в микрофонах: когда мы говорим, звуковая волна вызывает вибрацию воздуха, которая передается на пьезоэлемент. Механическое воздействие порождает ток разной силы, который затем превращается в сигнал и передается на другой телефон. На приемном конце этот ток снова воздействует на кристалл, заставляя его деформироваться. Вибрация кристалла передается воздуху и превращается в звуковую волну, в точности воспроизводя голос человека. Это и есть обратный пьезоэлектрический эффект: электричество вызывает деформацию и вибрацию.
Эта технология находит применение не только в быту, но и в военной сфере. Помимо радаров, это взрыватели для бомб: при ударе кристалл сжимается, выдает искру и подрывает основной заряд. На этом же принципе основано ультразвуковое оружие.
В медицине обратный пьезоэлектрический эффект используется для создания ультразвуковых колебаний в аппаратах УЗИ и установках для дистанционного дробления камней в почках.
Анализируя всё это применительно к недавним событиям, Ло Чун всерьез заподозрил, что под той горой находится невероятно богатое месторождение кристаллов. Это мог быть кварц, горный хрусталь или кристаллические соли металлов, например, халькопирит или пирит.
Из-за высокогорной грозы эти залежи получили мощнейший электрический заряд, что вызвало их резкое расширение и вибрацию. Один маленький осколок не обладал бы такой силой, но если в движение пришла вся гигантская жила под горой, она вполне могла физически приподнять весь горный массив.
И теперь главный вопрос: что же это за месторождение?
\\\
1. Пьезоэлектрический эффект — это свойство некоторых диэлектриков (кристаллов, керамики) генерировать электрический заряд при механическом сжатии/растяжении (прямой эффект) или деформироваться под воздействием электрического поля (обратный эффект). Используется в датчиках, зажигалках, излучателях звука и резонаторах.