Cơ chế hoạt động của đồng hồ thạch anh như thế nào?

Bạn có thể không tin vào chiêm tinh học, nhưng các hành tinh chi phối cuộc sống của chúng ta. Chúng ta thức dậy khi Mặt trời mọc và đi ngủ khi Mặt trời lặn. Chúng ta có một cuốn lịch dựa trên ngày, tháng và năm - khoảng thời gian liên quan đến cách Mặt trăng và Trái đất di chuyển quanh Mặt trời trên bầu trời. Trong hầu hết lịch sử, mọi người thấy loại "cách tính thời gian thiên văn" này đủ cho nhu cầu của họ. Nhưng khi thế giới ngày càng trở nên tinh vi hơn, mọi người cần theo dõi giờ, phút và giây cũng như ngày, tháng và năm. Điều đó có nghĩa là chúng ta cần những cách chính xác để tính thời gian. Đồng hồ quả lắc và đồng hồ cơ từng là cách tốt nhất để làm điều này. Nhưng ngày nay nhiều người sử dụng đồng hồ thạch anh và đồng hồ đeo tay thay thế, chúng là gì và hoạt động như thế nào?

Đồng hồ thạch anh hoạt động như thế nào?

Vấn đề với đồng hồ quả lắc và đồng hồ cơ là bạn phải nhớ lên dây cót cho chúng. Nếu bạn quên, đồng hồ sẽ dừng lại. Một khó khăn khác với đồng hồ quả lắc là chúng phụ thuộc vào lực hấp dẫn, lực này thay đổi rất ít tùy theo từng nơi; điều đó có nghĩa là đồng hồ quả lắc cho biết thời gian khác nhau ở độ cao so với mực nước biển! Con lắc cũng thay đổi chiều dài khi nhiệt độ thay đổi, nở ra một chút vào những ngày ấm áp và co lại vào những ngày lạnh, khiến chúng lại kém chính xác hơn.

Đồng hồ thạch anh giải quyết tất cả những vấn đề này. Chúng chạy bằng pin và vì chúng sử dụng rất ít điện nên pin thường có thể dùng được trong nhiều năm trước khi bạn cần thay pin. Chúng cũng chính xác hơn nhiều so với đồng hồ quả lắc và đồng hồ cơ học và hoạt động theo cách rất khác. Chúng vẫn có các bánh răng bên trong để đếm giây, phút và giờ và quét kim đồng hồ quanh mặt đồng hồ. Nhưng các bánh răng được điều chỉnh bởi một tinh thể thạch anh nhỏ thay vì một con lắc đung đưa hoặc một bánh xe cân bằng chuyển động. Trọng lực không ảnh hưởng gì đến hoạt động của đồng hồ nên đồng hồ thạch anh báo giờ tốt như nhau khi bạn đang leo núi Everest cũng như khi bạn ở trên biển.

Thạch anh là một trong những khoáng chất phổ biến nhất trên Trái đất. Nó được làm từ một hợp chất hóa học gọi là silicon dioxide (silicon cũng là chất tạo nên chip máy tính ) và bạn có thể tìm thấy nó trong cát và hầu hết các loại đá. Có lẽ điều thú vị nhất về thạch anh là tính áp điện của nó. Điều đó có nghĩa là nếu bạn bóp một tinh thể thạch anh, nó sẽ tạo ra một điện áp nhỏ. Và ngược lại, nếu bạn đặt một điện áp vào một miếng thạch anh, nó sẽ rung ở một tần số chính xác (nó lắc một số lần chính xác mỗi giây).

Bên trong đồng hồ thạch anh hoặc đồng hồ đeo tay, pin gửi điện đến tinh thể thạch anh thông qua một mạch điện tử. Tinh thể thạch anh dao động (rung qua lại) ở tần số chính xác: chính xác 32768 lần mỗi giây. Mạch đếm số lần rung và sử dụng chúng để tạo ra các xung điện đều đặn, một xung mỗi giây. Các xung này có thể cấp điện cho màn hình LCD (hiển thị thời gian dưới dạng số) hoặc chúng có thể điều khiển một động cơ điện nhỏ làm quay các bánh răng quay kim giây, kim phút và kim giờ của đồng hồ.

BÊN TRONG MỘT CHIẾC ĐỒNG HỒ THẠCH ANH

Về lý thuyết, nó hoạt động như thế này:

• Pin cung cấp dòng điện cho mạch vi mạch
• Mạch vi mạch làm cho tinh thể thạch anh (được cắt chính xác và có hình dạng giống như một chiếc âm thoa) dao động (rung) 32768 lần mỗi giây.
• Mạch vi mạch phát hiện các dao động của tinh thể và biến chúng thành các xung điện đều đặn, mỗi giây một lần.
• Xung điện điều khiển động cơ bước điện thu nhỏ. Động cơ này chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.
• Động cơ bước điện làm quay bánh răng.
• Bánh răng quét các kim xung quanh mặt đồng hồ để giữ thời gian.

Trong thực tế...

Và đây là hình ảnh bên trong của một chiếc đồng hồ thạch anh trong thực tế. Bạn không thể nhìn thấy tất cả các bộ phận này chỉ bằng cách tháo mặt sau của đồng hồ.

1.  Ắc quy.
2. Động cơ bước điện.
3. Vi mạch.
4. Mạch kết nối vi mạch với các thành phần khác.
5. Bộ dao động tinh thể thạch anh.
6. Vít chỉnh thời gian cài đặt.
7. Bánh răng quay kim giờ, kim phút và kim giây ở các tốc độ khác nhau.
8. Trục trung tâm nhỏ giữ cố định kim.

Động cơ hoạt động như thế nào?

Đây là động cơ bước của đồng hồ báo thức thạch anh điển hình. Trong ảnh bên trái, bạn chỉ có thể thấy phần tĩnh của động cơ (phần không chuyển động), bao gồm cuộn dây màu đồng ở phía trên và các cánh tay màu bạc trông giống như một âm thoa chạy qua Nó. Cuộn dây kim loại từ hóa và khử từ hóa hai cánh tay bạc là stato (bộ phận tĩnh) của động cơ.