Cei cinci Curie care au contributii esentiale in fizica si chimie sunt:
Jacques Curie (1856 -1941) profesor la Universitatea din Montpellier, fratele mai mare al mult mai cunoscutului Pierre Curie.
Pierre Curie (1859 – 1906) premiul Nobel petru Fizica in 1903 pentru descoperirea radioactivitatii naturale
Maria Skłodowska-Curie (1867 – 1934) premiul Nobel pentru Fizica impreuna cu Pierre Curie si Henri Becquerel pentru descoperirea radioactivitatii naturale si premiul Nobel pentru Chimie in 1911 pentru descoperirea radiului si a poloniului.
Irene Joliot - Curie (1897 - 1956) premiul Nobel pentru Chimie in 1935 pentru descoperirea radioactivitatii artificiale, fiica lui Pierre si Marie Curie.
Frederic Joliot - Curie (1900 - 1958) premiul Nobel pentru Chimie in 1935 pentru descoperirea radioactivitatii artificiale, sotul lui Irene.
Bine si ce legatura sa aiba aceste descoperiri cu fenomenele seismice?
Sa facem o mica analiza si vom vedea ca descoperirile respective sunt esentiale pentru seismologie si geofizica.
Cei doi frati Curie Jacques si Pierre - pe vremea cand lucrau la Sorbona - descopera in 1880 efectul piezoelectric produs de cristalele de cuart sau de sarea Rochelle (sarea Seignette). Ei studiau efectul piroelectric, explicat de Lord Kelvin produs de cristalele de turmalina si au ajuns la concluzia ca aparitia sarcinilor electrice se datoreaza fenomenului de dilatare prin incalzire si au presupus ca un efect similar se poate obtine prin aplicarea unei forte care sa deformeze cristalul. Si asa au descoperit efectul piezoelectric.
Cuartul (SiO2) este un mineral care este al doilea ca abundenta in scoarta terestra (circa 16%). Cristalizeaza in sistemul trigonal. Sectiunea prin celula elementara este un hexagon. Simetria celulei elementare conduce la trei tipuri de axe:
-axa optica (axa z), in lungul prismei hexagonale, genereaza efectele optice (rotirea planului de polarizare)
-axele electrice (axele x) care sunt diagonalele hexagonului
-axele mecanice (axele y), perpendiculare pe laturile hexagonului.
O placuta piezoelectrica cu taietura in "x", adica perpendiculara pe axa electrica, va putea genera (daca se aplica o tensiune alternativa) si receptiona unde mecanice longitudinale. Frecventa de oscilatie este foarte bine definita in functie de grosimea placutei (d) : f{kHz]=2880/d[mm]
Descoperirea cuartului a condus la dezvoltarea teoriei sonicitatii ( in special in domeniul ultrasunetelor ). Se pot obtine uzual unde mecanice cu frecvente de zeci de MHz. Se pot aplica cunostintele de difractie si interferenta din optica. Spre exemplu difractia pe o apertura circulara este similara cu undele mecanice generate de un oscilator piezoelectric circular. Apar cele doua zone distincte, campul apropiat (camp Fresnel) unde fenomenele sunt descrise de cunoscutele integrale Fresnel (sin x[sup]2[/sup], cos x[sup]2[/sup] ) care pot fi evaluate cu ajutorul spiralei Cornu si campul indepartat (camp Fraunhofer) unde presiunea scade cu distanta. Divergenta fascicului in campul indepartat este data de cunoscuta relatie cu funtia Bessel: FI(gama)=2J[sub]1[/sub](x)/x, unde x=PI*D*sin(gama)/lambda care genereaza o figura de tip disc Airy.
Campul ultrasonic al unui oscilator circular
Divergenta fascicului ultrasonor - discul Airy
Sectiune a campului ultrasonic. Se observa campul Fresnel cu multe maxime si minime si inceputul campului Fraunhofer
Sunt studiate fenomenele complexe de refelxie, refractie si conversie a undelor suprafata de separatie dintre doua medii. Problema este mai complicata decat rezolvarea ecuatiilor Fresnel din optica deoarece acum apar si fenomenele de transformare (P>S sau S>P). Din teoria elasticitatii, plecand de la legea lui Hooke generalizata (cu 36 de coeficienti) se ajunge in aproximatia mediului omogen si izotrop la ecuatia Lame cu doar doi coeficienti (coeficientii Lame), care are doua solutii independente, solutia divergentei pentru viteza undei longitudinale si solutia rotorului pentru viteza undelor transversale. Legile acustice au condus la multe aplicatii interesante in stiinta, in tehnica, in medicina. Una din primele aplicatii aparute este sonarul. In 15 aprilie 1912 se producea catastrofa scufundarii Titanicului datorita ciocnirii cu un aisberg. Aceasta a impulsionat studiile de acustica pentru punerea la punct a unui dispozitiv capabil sa detecteze de la o anumita distanta (de ordinul kilometrilor) a diverselor obstacole (submarine, aisberguri, etc). Inginerul Chilowski s-a implicat in rezolvarea problemei respective si a colaborat cu Paul Langevin, elevul lui Pierre Curie. Ei reusesc sa foloseasca diferite dispozitive - electrostatice, piezoelectice - pentru a genera unde ultrasonore, pe care reusesc sa le si receptioneze dupa reflexie. Folosirea ultrasunetelor era necesara deoarece trebuieau emise unde directionale, care sa fie dirijate direct spre tinta reflectatoare. Directivitatea este mai buna cu cresterea frecventei undelor si cu cresterea diametrului emitatorului. Si asa apare sonarul in 1916-1917.
La inceput placutele piezoelectrice piezoelectrice se taiau din cristale naturale de cuart dar si din cristale crescute artificial. In epoca moderna se folosesc mai mult ceramicile piezoelectrice - sulfat de litiu, metaniobat de plumb, zircotitanat de plumb (PZT), dar mai ales titanatul de bariu. Pulberea de ceramica piezoelectrica se preseaza in diverse forme si se introduce intr-un camp electric intens pentru a capata proprietatile respective.
http://www.scritube....ICE31451624.php
Pentru descoperirea efectului piezoelectric invers este creditat profesorul - tot de la Sorbona - Gabriel Lippmann, in 1881. Cred ca Lippmann este profesorul Poirot din film care conduce lucrarea Mariei Sklodowska - Curie. Lucrarile sale de piezoelectricitate sunt legate de cele ale fratilor Curie. In 1908 primeste premiul Nobel pentru metoda sa de reproducere fotografica a culorilor pe baza fenomenului de interferenta.
http://lippmann.nobmer.com/1.htm
Dar studiile lui Pierre Curie sunt mult mai ample. El studiaza proprietatile magnetice ale materialelor -feromagnetism, diamagnetism si paramagnetism - in lucrarile sale doctorale si descopera influenta temperaturii in paramagnetism, cunoscuta astazi ca legea Curie-Weiss a susceptibilitatii magnetice. In aceasta lege apar constanta Curie si temperatura Curie, proprietati de material. La temperaturi mai mari decat temperatura Curie - datorita miscarii de agitatie termica - materialele feromagnetice devin paramagnetice, disparand domeniile Weiss de magnetizare spontana. Sa vedem cateva valori pentru temperatura Curie T[sub]c[/sub] a catorva materiale:
-Fier 768 grade Cesius
-Cobalt in jur de 1130 grade Celsius
-Nichel 358 grade celsius
-Gadoliniu 16 grade Celsius
Acestea sunt metalele feromagnetice, metale cu paturi interioare incomplete si raport intre distanta interatomica si raza paturii incomplete intre 3.2 si 6.2. Apar domenii de magnetizare spontana - domenii Weiss - cu momentele magnetice orientate dupa anumite directii, separate prin pereti Bloch. Domeniile respective pot fi vazute la microscop sub forma de benzi Bitter. La aplicarea unui camp magnetic exterior mai intai se modifica volumul domeniilor Weiss prin deplasarea peretilor Bloch astfel ca domeniile orientate paralel cu campul magnetic isi maresc volumul. La campuri mai puternice apar "salturi" ale directiei de magnetizare (prin rotatie ) care tind sa alinieze directia de magnetizare cu campul magnetic exterior. Fenomenul este numit efect Barkhausen si poate fi pus in evidenta atat magnetic (spre exemplu curba de histerezis de prima magnetizare nu este o curba neteda ci fragmentata) dar si acustic. Efectul Barkhausen poate da anumite informatii despre gradul de deteriorare a proprietatilor mecanice ale unui material, fiind influentat de numarul de impuritati si dislocatii din materialul respectiv.
Dar mai sunt si diferite aliaje, minerale sau materiale mai "exotice" obtinute in laborator in urma unor studii avansate.
-alferul (13%Al +87%Fe) T[sub]c[/sub]=500 grade Celsius
-hipernicul (50% Fe +50% Ni)
-permendurul (49%Fe+49%Co+2%V) T[sub]c[/sub]=980 grade Celsius
-magnetitul Fe[sub]3[/sub]O[sub]4[/sub] T[sub]c[/sub]=578 grade Celsius, singurul minereu de fier feromagnetic, care conserva magnetizarea terestra a rocilor vulcanice si indica directia de magnetizare intr-o anumita perioada istorica. Banuiesc ca poate fi implicat in efectul magnetostrictiv invers (Villari) care produce perturbatii magnetice.
-
terfenolul -D Tb[sub]x[/sub]
Dy[sub]1-x[/sub]
Fe[sub]2[/sub] (x ~ 0.3) , un aliaj de terbiu, disprosiu si fier cu proprietati execeptionale, folosit ca material magnetostrictiv in diferiti senzori, actuatori, traductori ultrasonici, etc
Dar temperatura Curie apare si in cazul materialelor piezoelectrice, care isi pierd proprietatile peste o anumita T[sub]c[/sub] si devin dielectrici simpli.
-cuart 573 grade Celsius
-titanat de bariu 120 grade Celsius
-PZT 386 grade Celsius
