|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
MAKMAL SAINTIFIK KANAK-KANAK
Jam tangan kuarza. Makmal sains kanak-kanak
Buku Panduan / Makmal Sains Kanak-Kanak Apa masa itu? Kita sudah biasa mencari jawapan kepada soalan ini dengan melihat jam; pegang tangan, poket, meja, dinding, jalan, menara. Anda boleh mengetahui masa melalui telefon dan radio. Stesen penyiaran di Kesatuan Soviet menghantar isyarat masa empat kali sehari. Bagaimanakah nenek moyang kita menjejaki masa? Lima ribu tahun yang lalu, orang menggunakan jam matahari untuk ini - tiang biasa dipasang secara menegak dan mengeluarkan bayang-bayang dengan panjang dan arah yang berbeza pada masa yang berbeza dalam sehari. Kemudian, masa mula disukat menggunakan air dan jam pasir. Ketepatan instrumen primitif ini, sudah tentu, sangat anggaran. Penciptaan jam menara mekanikal bermula pada abad ke-XNUMX Masihi, dan lima ratus tahun kemudian jam musim bunga pertama muncul. Walau bagaimanapun, mereka tidak begitu tepat, kerana pengawal kelajuan - pengimbang - turun naik tidak sekata. Kelemahan ini telah dihapuskan apabila sifat bandul terampai bebas untuk mengekalkan tempoh ayunan yang tetap ditemui. Dengan menyambungkan pendulum ke mekanisme jam, kami memperoleh peranti untuk mengukur masa dengan ketepatan yang mencukupi. Penambahbaikan reka bentuk berterusan jam bandul telah menjadikannya meter masa yang boleh dipercayai. Menuntut pengguna Tetapi sains dan teknologi tidak berdiam diri. Serentak dengan perkembangan mereka, keperluan untuk ketepatan penentuan masa meningkat. Masa yang tepat hingga satu saat tidak lagi memuaskan kebanyakan "pengguna"nya. Mereka ingin mengetahui masa dengan ketepatan perseratus, perseribu, malah sepuluh ribu saat. Mereka bukan sahaja ahli astronomi yang mengkaji pergerakan benda angkasa. Masa yang paling tepat diperlukan oleh pelayar kapal dan pesawat untuk orientasi yang betul di laut dan di udara, topografi dan juruukur yang menjalankan tinjauan di kawasan tersebut. Untuk menentukan di mana di dunia mereka berada, mereka perlu menentukan latitud geografi - jarak dari khatulistiwa - dan longitud - sudut antara satah meridian tempat tertentu dan satah meridian utama. Untuk menentukan longitud dengan betul, adalah perlu untuk mengetahui dengan ketepatan melampau waktu tempatan dan masa di meridian utama, kerana longitud dikira daripada perbezaan kedua-dua nilai ini. Biarlah ditentukan dari bintang bahawa pada masa ini di tempat tertentu adalah 23 jam 30 minit. Jam, ditetapkan mengikut masa meridian utama dan disahkan oleh radio, menunjukkan 21 jam 30 minit. Bezanya dua jam. Adalah diketahui bahawa dalam satu hari Bumi membuat satu revolusi dari barat ke timur di sekeliling paksinya, iaitu, ia berputar 360°, dan dalam satu jam - sebanyak 360:24 = 15°. Dalam dua jam ia akan berputar 30°. Oleh itu, pemerhati terletak pada 30° bujur timur. Ahli geologi dan gravimetri yang mengkaji perubahan graviti di pelbagai titik di permukaan bumi juga perlu mengetahui masa yang tepat, yang sangat penting untuk penerokaan mineral. Jam cakerawala Bagaimanakah masa yang tepat ditentukan, yang memainkan peranan penting dalam kehidupan manusia? Apakah jam tangan ultra-tepat yang saintis membandingkan bacaan jam tangan mereka? Jam tangan yang indah ini dicipta oleh alam semula jadi itu sendiri. Dail mereka ialah langit malam, dan bintang ialah nombor yang menunjukkan jam, minit dan saat. Dengan keteguhan yang ketat mereka mengikuti jalan kekal mereka di langit. Selalunya, pada saat yang ditentukan dengan tepat oleh ahli astronomi, setiap bintang mencapai kedudukan tertingginya dan melintasi meridian cakerawala. Ia cukup untuk menangkap detik ini untuk mengetahui masa yang tepat. "Tangan" jam cakerawala membantu ahli astronomi menangani tugas ini - tiub astronomi khas yang dipanggil instrumen laluan. Berputar serentak dengan Bumi, instrumen laluan sentiasa diarahkan sepanjang meridian, ditunjukkan dalam medan pandangan instrumen dengan benang menegak nipis. Setelah mencatat laluan bintang melalui filamen ini, ahli astronomi mengira pembetulan yang harus dibuatnya pada bacaan jam tangannya. Setiap malam, ahli astronomi dari semua balai cerap di seluruh dunia duduk di hadapan instrumen mereka. Tetapi cuaca tidak selalunya baik untuk pemerhatian. Mereka memerlukan langit yang cerah, dan, sebagai contoh, di Moscow hanya terdapat kira-kira 90 malam tanpa awan setahun, di Tashkent yang cerah - kira-kira 250. Langit sering mendung selama sebulan berturut-turut, dan kadang-kadang lebih lama. Ia adalah perlu untuk mencari cara untuk menetapkan masa yang tepat walaupun semasa rehat paksa ini dari satu pemerhatian astronomi ke yang lain. Ini adalah bagaimana masalah "menyimpan" masa timbul. Penyelesaian kepada masalah kompleks ini telah dipermudahkan oleh penciptaan jam astronomi berketepatan tinggi. Dua bandul Bahagian utama dan paling penting dalam jam astronomi ialah bandul. Ia jelas. Lagipun, kelebihan utama jam tangan ialah keseragaman dan konsistensi pergerakannya. Tetapi jam boleh berjalan sama rata hanya jika panjang bandul sentiasa kekal dengan ketat dan amplitud hayunannya kekal tidak berubah. Apakah yang boleh mempengaruhi nilai-nilai ini? Pertama sekali, perubahan suhu dan tekanan udara. Ia berikutan bahawa bandul hendaklah dibuat daripada bahan yang paling tidak terjejas oleh perubahan suhu. Bahan ini ternyata invar - aloi yang terdiri daripada 36% nikel dan 64% keluli dan mempunyai pekali pengembangan linear 10-12 kali kurang daripada keluli. Bandul dibuat daripada invar. Pereka bentuk jam astronomi mengambil langkah berjaga-jaga lain. Mereka meletakkan jam di ruangan bawah tanah, di mana suhunya sedikit berbeza, dan melampirkannya dalam silinder tembaga yang tertutup rapat dengan penutup kaca. Udara hampir sepenuhnya dipam keluar dari silinder, dan tekanan atmosfera di dalamnya sentiasa dikekalkan dalam 20-25 mm Hg. Jam itu dipasang pada asas khas yang diasingkan dari bangunan itu. Oleh itu, mereka sedikit sensitif kepada getaran bangunan di mana mereka berada. Mereka juga berhati-hati untuk membebaskan bandul daripada sebarang, walaupun sedikit beban mekanikal. Ini adalah idea utama jam astronomi berketepatan tinggi. Bandul berayun bebas yang telah kami huraikan tidak dikaitkan dengan sebarang mekanisme penghantaran atau penunjuk masa. Itulah yang dipanggil - bandul "percuma". Tugasnya terhad. Ia hanya mengukur masa, dan semua kerja mekanikal "hitam" diberikan kepada bandul tambahan yang lain. Bandul bebas menerima impuls berayun setiap 30 saat. Mereka dihantar kepadanya melalui wayar oleh bandul tambahan. Dengan bantuan peranti elektrik khas, bandul bebas memerintah bandul tambahan, menyebabkan ia berayun dengan ketat serentak dengan dirinya sendiri. Pendulum tambahan mengawal mekanisme penghantaran, yang menggerakkan tangan pada dail. Jam kedua ini, disambungkan dengan wayar elektrik ke yang pertama, boleh dipasang di mana-mana, pada sebarang jarak dari bandul utama - penjaga masa yang sebenar. Semua balai cerap astronomi dan institut metrologi di dunia kini menggunakan jam dengan dua pendulum dalam kerja mereka. Ketepatan jam tangan sedemikian sangat tinggi: kadarnya, setelah dilaraskan, berbeza dari hari ke hari tidak lebih daripada 0,003 saat. Ketepatan sedemikian kelihatan hebat, namun, ia tidak mencukupi untuk sains moden, kerana kesilapan walaupun beberapa perseribu saat menghalang kajian beberapa fenomena yang menarik minat ahli astronomi, ahli metrologi dan ahli geofizik. Sifat indah kristal Mana nak cari jalan keluar? Mekanik nampaknya telah kehabisan semua keupayaan mereka dan mencapai had mereka: penambahbaikan lebih lanjut jam bandul kelihatan tidak dapat difikirkan. Dan kemudian juruelektrik dan jurutera radio mengambil pembinaan jam astronomi. Bandul telah hidup lebih lama dari kegunaannya, kata mereka. Walaupun diletakkan dalam keadaan yang ideal, bandul tidak dapat memenuhi permintaan saintis yang meningkat. Ini bermakna ia mesti digantikan dengan pengawal selia lain yang menyediakan ayunan frekuensi berterusan. Dalam mencari pengawal selia sedemikian, mereka teringat kuarza. Kristal kuarza dan paksinya
Pada tahun 1880, sifat luar biasa kristal tertentu ditemui, paling jelas dinyatakan dalam kuarza. Kuarza biasanya ditemui dalam bentuk kristal heksagon dengan hujung runcing berbentuk piramid (Rajah 1a). Garis zz mewakili paksi optik kristal. Jika anda memotong kristal bersilang, berserenjang dengan paksi optik, anda mendapat heksagon, semua sudutnya adalah sama dengan 120° (Rajah 1b). Garisan xx, x1x1 X2X2, melalui pembahagi dua sudut ini, menunjukkan paksi elektrik, garis yy, U1U1, U2U2 - paksi mekanikal kristal. Ternyata jika plat dipotong dari kristal kuarza, permukaannya berserenjang dengan salah satu paksi elektriknya, maka apabila plat itu dimampatkan atau diregangkan secara mekanikal, cas elektrik timbul pada permukaannya. Fenomena ini dipanggil kesan piezoelektrik langsung (perkataan Yunani kuno "piezo" bermaksud: Saya menekan, saya memerah.). Kesan piezoelektrik terbalik dinyatakan dalam ubah bentuk plat kuarza yang diletakkan dalam medan elektrik. Para amatur radio gelombang pendek amat mengetahui sifat kuarza ini. Mereka tahu bahawa plat kuarza mempunyai keupayaan untuk mengekalkan frekuensi malar pengayun. Penstabil kuarza digunakan secara meluas dalam stesen radio. Keupayaan penstabilan kuarza inilah yang diputuskan untuk digunakan oleh pencipta penjaga masa baharu. Jam tangan kuarza Pereka jam tangan kuarza memotong blok segi empat tepat dari kristal dengan keratan rentas 7x7 mm dan panjang kira-kira 60 mm. Mereka menggunakan lapisan nipis emas pada dua permukaan bertentangan bar. Hasilnya ialah kapasitor, dielektriknya adalah bar, dan platnya adalah dua lapisan logam. Tujuan peranti ini dalam jam tangan kuarza adalah sama seperti pendulum dalam jam tangan biasa: ia adalah pengawal selia. Dan pengawal selia yang anda boleh bergantung sepenuhnya. Kristal kuarza dalam litar tetapan frekuensi triod
Kemudian kuarza dimasukkan ke dalam litar pengayun tiub. Kristal itu diletakkan dalam grid - tiub penjana katod - litar triod (Rajah 2). Pada masa yang sama, rintangan besar dipasang. Litar berayun yang terdiri daripada induktor dan kapasitor dimasukkan ke dalam litar anod litar. Ini adalah perlu supaya, terima kasih kepada sambungan melalui kapasitansi, anod - grid lampu, keadaan dicipta untuk mengekalkan ayunan yang tidak terendam. Litar telah ditala supaya frekuensi semula jadinya lebih tinggi daripada frekuensi ayunan bar kuarza. Ini, secara umum, struktur pengayun kuarza - bahagian utama jam tangan kuarza. Ketepatannya secara langsung bergantung kepada kestabilan frekuensi penjana. Ketekalan getaran kuarza sendiri adalah sangat tinggi. Ia tidak terjejas oleh perubahan dalam daya graviti atau getaran seismik kerak bumi. Walau bagaimanapun, ia sensitif kepada turun naik suhu dan tekanan atmosfera. Untuk memastikan suhu kuarza kekal malar, pereka bentuk mengambil langkah khas. Mereka meletakkan pengayun kristal dalam termostat dengan dinding berbilang lapisan, di dalamnya suhu malar dikekalkan dengan ketepatan seperseratus darjah. Suhu malar ini dicapai dengan memanaskan termostat secara elektrik, dikawal oleh termometer sentuhan merkuri. Ini memastikan pemeliharaan kekerapan dengan ketepatan kira-kira 1*10-8. Kuarza itu sendiri dimasukkan ke dalam bekas hermetik di mana vakum dicipta. Pengayun kristal dengan pembahagi frekuensi
Pereka bentuk mengukir blok daripada kristal kuarza dengan bentuk dan saiz sedemikian sehingga frekuensi getaran semula jadinya ialah 100 kHz. Tetapi arus frekuensi ini tidak sesuai untuk memutar motor yang memacu mekanisme jam. Ia adalah perlu untuk mencipta satu siri peranti perantaraan, ditunjukkan dalam rajah blok (Rajah 3). Elektronik banyak membantu pereka di sini. Sebilangan litar pengayun elektronik mempunyai keupayaan untuk menyegerakkan dengan frekuensi pengayun lain jika ia adalah gandaan frekuensi semula jadi pengayun yang disegerakkan, atau cukup dekat dengan gandaan sedemikian. Pereka jam kuarza mengambil kesempatan daripada keupayaan litar seperti multivibrator atau pengayun penyekat untuk menyegerakkan kepada frekuensi yang lebih tinggi daripada mereka sendiri. Pengayun frekuensi tinggi yang disegerakkan sedemikian biasanya dipanggil pembahagi frekuensi. Kekerapan arus tertinggi yang boleh memacu motor segerak ialah sekitar 1000 Hz. Walau bagaimanapun, pembahagi frekuensi dengan nisbah pembahagian 1:100 adalah sangat tidak stabil. Oleh itu, untuk mendapatkan frekuensi 1000 Hz, segerak dengan frekuensi kuarza 100 kHz, adalah perlu untuk memasang satu siri pembahagi dengan nisbah 1:4 dan 1:5, menyegerakkan satu sama lain secara bersiri. Penjana yang digunakan sebagai pembahagi frekuensi mempunyai sejumlah besar harmonik. Ia adalah perlu untuk mengelakkan ayunan frekuensi tinggi yang berbahaya daripada memasuki litar pengayun kristal, di mana ia boleh menyebabkan kemerosotan kestabilan. Untuk mengelakkan ini daripada berlaku, penguat penimbal yang beroperasi tanpa arus grid telah disambungkan antara pengayun kuarza dan pembahagi frekuensi pertama. Mod ini membantu mengurangkan beban pengayun kuarza dan meningkatkan kestabilan operasinya. Litar pembahagi frekuensi biasanya menggunakan tiub kuasa rendah. Arus yang mereka berikan adalah terlalu lemah untuk memutarkan motor segerak yang memacu mekanisme jam sentuhan saat. Oleh itu, selepas pembahagi frekuensi (menyediakan arus dengan frekuensi 1000 Hz), penguat dihidupkan, menyampaikan beberapa watt kuasa ke belitan motor. Dari segi kestabilan, jam kuarza adalah lebih baik daripada semua jam bandul sedia ada. Purata turun naik harian kursus mereka ialah dua sepuluh ribu saat. Penciptaan jam tangan ultra-tepat adalah pencapaian cemerlang sains moden. Banyak institusi saintifik telah memperoleh jam tangan kuarza. Di Moscow, di Institut Penyelidikan Pusat Geodesi, Fotografi Udara dan Kartografi, jam tangan kuarza domestik pertama, yang dibina oleh P. S. Popov, tanpa jemu mengukur saat. Institut Pengukuran Radio, Institut Astronomi Sternberg dan institut dan balai cerap lain mempunyai jam kuarza. Peminat kaedah baru mengukur masa mendakwa bahawa jam kuarza tidak lama lagi akan menggantikan jam bandul sepenuhnya dan menjadi satu-satunya penjaga masa. Terdapat juga skeptik yang mempertikaikan dakwaan tersebut. Tanpa menafikan kelebihan jelas jam tangan kuarza, mereka juga menunjukkan kelemahan mereka. Kami telah bercakap tentang kelebihan jam tangan kuarza; Ini adalah ketepatan dan ketekalan gerakan mereka yang tiada tandingan, kebebasan daripada hampir semua faktor luaran. Apakah kelemahan mereka? Ahli astronomi memerlukan jam yang digunakan untuk mengukur masa boleh berjalan secara berterusan selama dua, tiga tahun atau lebih. Adakah jam tangan kuarza memenuhi keperluan ini? Tidak cukup. Mari kita ingat bahawa ia dikuasakan oleh arus dari rangkaian elektrik. Stesen akan berhenti membekalkan arus dan jam akan berhenti. Tetapi ini tidak akan berlaku jika jam tangan dikuasakan bukan dari sesalur kuasa, tetapi dari bateri. "Betul," orang yang ragu-ragu bersetuju. - Bagaimana pula dengan penuaan kuarza, haus dan lusuh tiub radio? Sesungguhnya, kuarza semakin tua dari semasa ke semasa, dan kekerapan getarannya berubah. Anda tidak boleh menjamin bahawa lampu tidak akan mati secara tiba-tiba. Walau bagaimanapun, peminat kuarza tidak takut dengan kemalangan sedemikian. Mereka memasang di makmal mereka bukan satu jam, tetapi tiga, berfungsi secara serentak. Tidak mengapa jika sesetengah daripada mereka berhenti. Sehingga mereka dibaiki, dua yang lain akan menyimpan masa. Pertikaian berterusan, tetapi sementara itu berpuluh-puluh jam tangan kuarza berfungsi dengan baik. Hari ini, ketepatannya memuaskan hati saintis yang menjalankan penyelidikan paling canggih. Apa yang akan berlaku esok? Adakah mungkin untuk mencari piawaian masa baharu, malah lebih tepat? Mungkin piawaian sedemikian akan berdasarkan molekul, atau lebih tepat lagi, kekerapan getarannya. Para saintis Soviet sudah pun berusaha ke arah ini. Pengarang: A. Brodsky
▪ Bagaimana untuk mendengar matahari
Kulit tiruan untuk emulasi sentuhan
15.04.2024 Petgugu Global kotoran kucing
15.04.2024 Daya tarikan lelaki penyayang
14.04.2024
▪ Larks adalah keturunan Neanderthal ▪ Siri baharu LED putih ultra terang HLMP ▪ Sistem halimunan untuk melindungi basikal daripada kecurian ▪ Minyak solar daripada kehijauan
▪ bahagian laman web Juruelektrik. Pemilihan artikel ▪ Artikel Eldorado. Ungkapan popular ▪ artikel Mengapa bacaan kompas tidak boleh dipercayai. Makmal Sains Kanak-Kanak ▪ artikel pengawal kelajuan kipas PWM. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik
Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web
www.diagram.com.ua |
Kami mengesyorkan artikel yang menarik bahagian 
Lihat artikel lain bahagian 
Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:
Semua bahasa halaman ini