О кварцевых резонаторах

     В 1917 году были впервые обнаружены резонансные свойства пластин из некоторых материалов, когда были открыты кварцевые резонаторы.
     Пластины из пьезодиэлектрика (первоначально это была сегнетова соль, затем кварц, а потом - разного рода пьезокерамика), включенные в положительную обратную связь усилителя, обеспечивают высокостабильную генерацию переменного напряжения. Все эти пластины, независимо от пьезоматериала, стали называться кварцами.
     Свойство кварцев заключается в том, что, возбуждаемые коротким электрическим импульсом, они откликаются весьма медленно затухающим гармоническим процессом. То есть, согласно логике лорда Кельвина, являются классическими колебательными системами.
     Вместе с тем, если посмотреть в энциклопедии, википедии и многочисленной научной и учебной литературе, мы нигде не найдем этого утверждения. В перечисленных источниках указано, что резонансные свойства кварцев объясняются тем, что в их состав входят электрические колебательные контура.
     Общепринятая на сегодняшний день теория оперирует уравнениями, в которых кварцы рассматриваются именно как совокупность электрических колебательных контуров. Знаменательным является тот момент, что из этой теории нельзя понять, можно ли увязать собственную частоту кварцев с размерами самой пластины.
     Кроме того, в научной литературе по кварцам можно найти утверждение, согласно которому резонансные свойства обусловлены пьезосвойствами кварцевых пластин.
     Разумеется, никакие контура не входят в состав кварцевых пластин, и их пьезоэффект никак не связан с их резонансными свойствами, что удалось доказать при изучении эффекта АРП.
     Вместе с тем, буквально сразу после открытия кварцев была обнаружена эмпирическая зависимость собственной частоты пьезопластины-резонатора от ее толщины h. Зависимость эта имеет точно такой вид, как приведенное в основном тексте настоящей статьи соотношение (1).
     Эта эмпирически обнаруженная зависимость с самого начала использовалась при изготовлении кварцев, но она показалась слишком простой, чтобы быть принятой в качестве основы теории кварцев, и, к сожалению, научному подходу при рассмотрении физики кварцев предпочли наукообразие.
     Но наукообразие при всей своей красивости никогда не может объяснить реальные физические свойства объекта изучения. Так, известный момент - при потере вакуума кварца обязательно увеличивается его частота. Это хорошо видно по кварцевым часам. Со временем, некоторые из них начинают «бежать». Этот эффект используют при измерении давления разреженного газа, но объяснить его с позиций существующей «теории» невозможно.
     На самом же деле, всё очень просто. Появление молекул газа у кварцевой пластины увеличивает трение, а следовательно, величину V_fr. То есть, уменьшает собственный период этой колебательной системы.

Назад в основную статью "Свойства колебательных систем в виде плоскопараллельных структур"