世界上最早的石英鐘 由美國(guó)科學(xué)家沃倫-馬里森在1928年制造
世界上最早的石英鐘是什么樣子？石英鐘是一種計(jì)時(shí)的器具。提起時(shí)鐘大家都很熟悉，它是給我們指明時(shí)間的一種計(jì)時(shí)器具。在日常生活中，時(shí)鐘準(zhǔn)到1秒，就已經(jīng)足夠了。但在許多科學(xué)研究或工程技術(shù)的領(lǐng)域中對(duì)鐘點(diǎn)的要求就要高得多。石英鐘正是根據(jù)這種需要而產(chǎn)生的。它的主要部件是一個(gè)很穩(wěn)定的石英振蕩器。將石英振蕩器所產(chǎn)生的振蕩頻率取出來(lái)。下面就跟放肆吧一起具體看看世界上最早的石英鐘等相關(guān)內(nèi)容。
世界上最早的石英鐘
1928年，美國(guó)科學(xué)家沃倫-馬里森制造了世界上最早的石英鐘，石英鐘從誕生開(kāi)始就是精準(zhǔn)的代名詞，相比于機(jī)械鐘表受到地球引力的影響，每天都會(huì)有數(shù)秒誤差，而石英鐘則是能夠達(dá)到十萬(wàn)分之一秒的誤差，基本上制造工藝合格，每個(gè)月的誤差也僅僅一兩秒，而世界上最好的石英鐘，則是能夠達(dá)到270年才誤差一秒。
科學(xué)是推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的第一要素，這句話一點(diǎn)都不假，石英鐘這個(gè)準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)器具，就是因?yàn)榫永锓蛉嗽诳茖W(xué)實(shí)驗(yàn)中，偶然發(fā)現(xiàn)了石英受壓能產(chǎn)生電流的特征，于是才有了石英種最重要的元件——石英晶體振蕩器，這個(gè)裝置基本不受外界干擾，能以穩(wěn)定的震蕩頻率運(yùn)行，石英鐘就是截取使用了這種穩(wěn)定的頻率，才能保證鐘表內(nèi)每一秒的時(shí)間都是精準(zhǔn)而沒(méi)有誤差，所以石英鐘才會(huì)那么準(zhǔn)時(shí)。
1928年沃倫-馬里森發(fā)明的石英鐘直到現(xiàn)在依舊是一個(gè)很準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)器具，包括現(xiàn)在的電子顯示時(shí)鐘也是由石英鐘發(fā)展而來(lái)，石英鐘是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要見(jiàn)證者，它的出現(xiàn)將人們的時(shí)間觀念提升到分、秒，而不是過(guò)去的大概時(shí)間，石英鐘與其說(shuō)是一個(gè)計(jì)時(shí)器具，不如說(shuō)是讓社會(huì)接受了精準(zhǔn)時(shí)間觀念的里程碑。
石英鐘原理
石英晶體的傳感器的核心是傳感元件——壓電石英晶片。其工作原理是壓電效應(yīng)，即石英晶體在某些方向受到機(jī)械應(yīng)力后，便會(huì)產(chǎn)生電偶極子,相反，若在石英某方向施以電壓，則其特定方向上會(huì)產(chǎn)生形變，這一現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。若在石英晶體上施加交變電場(chǎng)，則晶體晶格將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)外加電場(chǎng)的頻率和晶體的固有振蕩頻率一致時(shí)，則出現(xiàn)晶體的諧振。由于石英晶體在壓力下產(chǎn)出的電場(chǎng)強(qiáng)度很小，這樣僅需很弱的外加電場(chǎng)即可產(chǎn)生形變，這一特性使壓電石英晶體很容易在外加交變電場(chǎng)激勵(lì)下產(chǎn)生諧振。其振蕩能量損耗小，振蕩頻率極穩(wěn)定。這些再加上石英優(yōu)良的機(jī)械、電氣和化學(xué)穩(wěn)定性，使它自40年代以來(lái)就成為石英鐘、電子表、電話、電視、計(jì)算機(jī)等與數(shù)字電路有關(guān)的頻率基準(zhǔn)元件。
石英晶體具有一個(gè)有趣的特性，就是在一側(cè)導(dǎo)入正電流，同時(shí)在另一側(cè)導(dǎo)入負(fù)電流后，負(fù)電流一側(cè)會(huì)收縮并彎曲成U字形。如果定時(shí)交替在石英晶體兩側(cè)導(dǎo)入正、負(fù)電流，石英晶體就會(huì)產(chǎn)生振蕩。石英晶體就是根據(jù)這種振蕩計(jì)時(shí)的。個(gè)人電腦內(nèi)置的石英晶體每秒振蕩1431萬(wàn)8180次。石英鐘的工作原理就是如此。
石英鐘缺點(diǎn)
問(wèn)題就在于石英晶體在品質(zhì)上存在缺陷，品質(zhì)差就很難按照正確的振蕩數(shù)振蕩。天然石英晶體的雜質(zhì)含量和形態(tài)等大多并不統(tǒng)一，因此就要使用人造石英晶體。不過(guò)，均勻地進(jìn)行石英生產(chǎn)難度很大。精度高則每秒誤差在正負(fù)10萬(wàn)分之一秒以內(nèi)，精度低每秒誤差甚至達(dá)到1萬(wàn)分之一秒。1萬(wàn)分之一秒也許感覺(jué)并不大，但是從計(jì)算上來(lái)講，每天的誤差就是0.864秒，而1個(gè)月則會(huì)差約半分鐘。石英手表不準(zhǔn)也是這個(gè)原因。
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