نمایش زمان با ساعت های کوارتز - خاصیت کوارتز در ساعت سازی

از زمان های بسیار دور انسان ها همواره به دنبال این بودند تا بتوانند زمان را شناخته و تعیین کنند. ابتدا این کار را به وسیله خورشید آموختند، اما به مرور یاد گرفتند با وسایل مختلف و به کمک خورشید و ماه زمان را تقسیم بندی کنند، ساعت بسازند و تقویم را به وجود بیاورند، چرا که انسان به ارزش زمان و وقت پی برده بود. خاصیت کوارتز در ساعت سازی

خاصیت کوارتز در ساعت سازی

امروز انسان قادر است حتی ثانیه ها را هم تقسیم بندی کند و ساعت های دقیق تر از قبل بسازد. یکی از این ساعت ها، ساعت های کوارتزی است. اما براستی این ساعت ها چگونه کار می کنند؟

ساعت کوارتز متشکل از یک حلقه از جنس کوارتز در یک مدار الکتریکی است که باعث می شود تا بین ده هزار هرتز (دور بر ثانیه) نوسان کند.درواقع قلب یک ساعت کوارتزی، یک تکه کریستال کوارتز است که به صورت چند شاخه تراش خورده و شکل داده شده است ،بسامد نوسان بستگی به اندازه و شکل بلور کوارتز دارد و معمولا این بلورها را طوری می تراشند که با بسامد صد هزار هرتز نوسان داشته باشند. این پدیده را با عنوان خاصیت پیزوالکتریک کوارتز (Piezoelectric) می شناسند.درواقع این خاصیت باعث می شود که تکان ها و نوسان های ناگهانی الکتریکی در آن ایجاد لرزش و ارتعاش می کند که این نوسان ها و تکان ها، سیگنال های الکتریکی منظمی را پدید می آورند. این نوسان ها و ارتعاش ها به صورت الکترونیک به فواصل یک ثانیه از هم تکرار می شوند و از تکرار آنها زمان در ساعت منظم شده و دقیقه ها به وجود می آیند. ساعت شما تنها با یک قطعه کریستال کوارتز کار می کند و زمان را به طور دقیق نشانتان می دهد .

کوارتز ، که از سیلیکون واکسیژن تشکیل شده ، مشهورترین ماده ی معدنی در کره ی زمین است.  میلیاردهانفر هر روز از کوارتز استفاده می کنند ، اما تعداد کمی از آن ها از این موضوع خبر دارند ، زیرا بلورهای ریز کوارتز ی که از آن استفاده می کنند ،درون ساعت های مچی و دیواری پنهان شده است

,کوارتز, ساعت,اخبار علمی تازه های فناوری اخبار آموزشی

نخستین بار در سال 1929 از بلور کوارتز برای زمان سنجی استفاده شد. این ابداع دقت زمان سنجی را بسیار فراتر از ساعت های آونگ دار الکتریکی افزایش داد و در سالهای دهه 1930 به عنوان استاندارد اندازه گیری زمان جایگزین ساعت شورت (Shortt Clock) گردیدند. ساعت های کوارتز اکنون بخاطر هزینه کم و عملکرد عالی ، رایجترین شکل ابزارهای زمان سنجی را تشکیل می دهند.

فرکانس (بسامد) بالای نوسان بلور به جریانی متناوب بدل می گردد که بسامد آن تا حدی که بیشتر در زمان سنجی قابل استفاده باشد کاهش داده می شود. جریان از یک موتور می گذرد و سپس با استفاده از یک شبکه چرخ دنده مکانیکی به صفحه ساعت یا نمایشگر دیجیتال (رقمی) می رسد. یک سیگنال (علامت) صد هزار هرتز که وارد یک مجموعه چرخ دنده مکانیکی 6000000:1 ترکیبی الکتریکی - مکانیکی می شود موجب گردش عقربه دقیقه شکار ساعت با سرعت دقیق یک بار در هر 60 ثانیه می گردد.

نوسانهای حاصل از بلور کوارتز بسیار دقیق هستند و حداکثر خطا برای دقیق ترینم آنها -/+ یک ثانیه در هر ده سال است. ساعت های کوارتز نسبت به ساعت های آونگ دار از دقت بسیار بیشتری برخوردارند، زیرا این ساعت ها چرخ دنده یا چرخ تاجداری ندارند که موجب آشفتگی بسامدهای منظم آنها شود. دقت ساعت های کوارتز محدود است، زیرا اندازه و شکل بلور بر ارتعاش مکانیکی تأثیر می گذارد و در واقع بروز خطا ناشی از این مطلب است که هیچ دو بلوری مشابه یکدیگر نیست.

در این ساعت باتری به طور منظم به کمک کریستال کوراتز، صدایی شبیه به تپش ایجاد می کند که نشانه کار کردن ساعت است.

,کوارتز, ساعت,اخبار علمی تازه های فناوری اخبار آموزشی

چرا در ساعت ها کوارتز به کار می رود ؟

کوارتز ، که از سیلیکون واکسیژن تشکیل شده ، مشهورترین ماده ی معدنی در کره ی زمین است.  میلیاردهانفر هر روز از کوارتز استفاده می کنند ، اما تعداد کمی از آن ها از این موضوع خبر دارند ، زیرا بلورهای ریز کوارتز ی که از آن استفاده می کنند ،درون ساعت های مچی و دیواری پنهان شده است . اما این بلورهای سفید یا شفافکه در سراسر جهان یافت می شوند ، چه ارتباطی با اندازه گیری زمان دارند؟

برخی از مواد مانند برخی از سرامیک ها و بلورهای کوارتز ، هنگامی که تحت فشارمکانیکی قرار گیرند می توانند الکتریسیته تولید کنند .همان طور که در بالا شرح دادیم، توانایی تبدیل دوجانبه فشار مکانیکی و الکتریسیته را به یکدیگر « خاصیت پیزوالکتریک » مین امند.

,کوارتز, ساعت,اخبار علمی تازه های فناوری اخبار آموزشی

بلورهای کوارتز که دارای این خاصیت هستند ، با یک ولتاژمعین برق همیشه با بسامد یا فرکانس خاصی مرتعش می شوند . بنابراین این بلورها معیار دقیقی از بسامد را حفظ کنند که به تنظیم حرکت ساعت کمک میکند و دقت آن را بسیار بالا می برد.

 

کاربردهای دیگر کوارتز

بشر از حدود 2000 سال قبل از میلاد مسیح از کوارتز در ساخت اشیاء هنری و زینتی استفاده می کرده است. بیشترین استفاده کوارتز در صنایع شیشه سازی است. بیش از 99 درصد ماده اولیه تولید انواع شیشه، کوارتز می باشد. از کوارتز و سیلیس در تولید آجرهای ماسه سیلیسی، آجرهای نسوز سیلیسی برای کوره ها، ماسه ریخته گری، صنایع سرامیک وچینی، رنگ سازی، پرکننده چوب، تولید ساینده ها و شستشوی ماسه ای استفاده می گردد. 

از برخی از انواع کوارتز مثل آمتیست، کارنلین، کوارتز چشم ببری و عقیق به عنوان کانی زینتی و قیمتی استفاده می شود. با توجه به خاصیت پیزوالکتریک کوارتز ، از این کانی در صنایع برق، الکترونیک و اپتیک به وفور استفاده می گردد. پس از تراش بلورهای بسیار شفاف کوارتز از آنها در ساخت منشورهای میکروسکوپ های مختلف استفاده می شود. به دلیل خاصیت پیزوالکتریک از کوارتز به عنوان نوسانگر رادیویی در فرستنده ها و گیرنده های امواج با فرکانس ثابت ،اندازه گیری فشارهای لحظه ای و زودگذر مثل فشار حاصل از شلیک توپ یا انفجار اتمی استفاده می شود. از سال 1900 به بعد استفاده از کوارتز در مصارف رادیو، بی سیم و انواع وسایل نقلیه ی دریایی، هوایی، زمینی و نیز مسایل نظامی افزایش چشمگیری یافت. بعد از جنگ جهانی دوم به علت پیدایش مواد دیگری که دارای خاصیت پیزوالکتریکی بودند، مصرف کوارتز کاهش پیدا کرد ولی در عوض مصرف آن در رادار، تلویزیون، مدارهای تلفنی اتوماتیک راه دور و وسایل مشابه بیشتر شد.

,کوارتز, ساعت,اخبار علمی تازه های فناوری اخبار آموزشی

 کاربرد اصلی کوارتز های مناسب برای مصارف الکترونیکی تهیه واحدهای بلوری به منظور کنترل فرکانس صحیح فرستنده های رادیویی، مدارهای تلفنی با فرکانسهای رادیویی، و دسته ای از زمان نگارها است به علاوه از واحدهای بلوری کوارتز در دستگاههای الکترونیکی به عنوان صافیهای موج برای جدا کردن فرکانسهای نامناسب نیز استفاده می شود.

از موارد استفاده دیگر کوارتز های بلوری کاربرد آنها در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی مانند دستگاههای بلندگو و غیره است.

برای صنایع نوری از قبیل تهیه منشورها، عدسی ها و بسیاری از دستگاه های صنعتی  دیگر نیز کوارتز بلوری به مقدار زیاد مورد نیاز است.

 

 

 

 

فرآوری : مریم نایب زاده

بخش دانش و زندگی تبیان


,