هزازات وساعات الكوارتز

2013 الرمل والسيليكون

دنيس ماكوان

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

التكنولوجيا والعلوم التطبيقية

تعتبر هزازات وساعات الكوارتز تطبيقاً آخر للطنانات البلورية.

ويعود اختراع هزاز الكوارتز إلى والتر ماريسون (Walter Marrison) في مختبرات بل (Marrison 1930).

وقبل هذا الاختراع، كانت المعرفة الجسيمة للوقت تعتمد على الساعات الميكانيكية الفريدة. وفي كتابه خط الطول، يصف دافا سوبل (Dava Sobel) السعي لتطوير ميقاتيات جسيمة للبحرية في القرن الثامن عشر (Sobel 1995).

وقد مثلت الميقاتية التي تتحدث عنها والتي طورها جون هاريسون (John Harrison) إنجازاً فريداً. وقد بلغت دقتها حوالي خمس ثانية في اليوم.

وقادت تحسينات إضافية إلى الساعات ذات النواس (Pendulum) مثل ساعة شورت (Shortt) التي طورت عام 1921 وكانت دقتها واحد بالمائة من الثانية في اليوم.

 

أدرك ماريسون أن طنّان الكوارتز قد وفر تردداً مستقراً، وبهذا كان يمكن بناء ساعة عبر تقليل التردد واستعمال إشارة تردد منخفضة لقيادة محرك متزامن لتحريك آلية الساعة.

يعتبر تردد طنين بلورة كوارتز خاصة ذاتية وتحدد دقة ساعة كوارتز بتغير تردد الطنين مع درجة الحرارة. ويتم اختيار اتجاه صفيحة بلورة الكوارتز لتقليل هذه التبعية، كما يحافظ على الساعة في درجة حرارة ثابتة.

وفي هذه الشروط، يمكن أن توفر ساعات الكوارتز دقة نسبية بمستوى أجزاء الثانية في الشهر.

وخلال عدة عقود، استُعملت ساعات الكوارتز كمعايير للزمن، لكن في أعوام 1950، تم تطوير ساعات ذرية أكثر دقة تعتمد على خاصة ذاتية لذرة بدلاً عن اهتزاز بلورة وتكون بذلك أكثر استقراراً ذاتياً.

 

وتمتلك ساعة السيزيوم المصانة لدى المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا دقة قدرها واحد من ثلاثين ميليار من الثانية في السنة (راجع: جولة عبر الزمن في الموقع http://www.nist.gov/pml/general/index.cfm).

جاء تطوير ساعة الكوارتز بعد الحرب العالمية الثانية مع اختراع الترانزستور والدائرة الكهربائية المتكاملة. ويمكن تصغير إلكترونيات ساعة الكوارتز، وفي نهاية الستينات، أدخلت شركتا سايكو (Seiko) في اليابان وسي إي إتش (مركز الساعات الإلكترونية (CEH)) في سويسرا أولى ساعات اليد الكوارتزية (الشكل 6.1).

ومع تطور شاشات البلورات السائلة، تم الاستغناء عن كل الأجزاء الميكانيكية المتحركة وأصبحت ساعات الكوارتز الرقمية سلعة يومية أخرى (الشكل 6.1).

وتعتبر الساعات الميكانيكية الجسيمة سلعاً كمالية بينما تُشْتَرى ساعات الكوارتز بدقة نصف ثانية في اليوم بمبلغ عشر دولارات في والمارت (Walmart).

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]