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世界上最早的石英钟 由美国科学家沃伦-马里森在
2022-09-23

世界上最早的石英钟是什么样子?石英钟是一种计时的器具。提起时钟大家都很熟悉,它是给我们指明时间的一种计时器具。在日常生活中,时钟准到1秒,就已经足够了。但在许多科学研究或工程技术的领域中对钟点的要求就要高得多。石英钟正是根据这种需要而产生的。它的主要部件是一个很稳定的石英振荡器。将石英振荡器所产生的振荡频率取出来。下面就跟一起具体看看世界上最早的石英钟等相关内容。

世界上最早的石英钟

1928年,美国科学家沃伦-马里森制造了世界上最早的石英钟,石英钟从诞生开始就是精准的代名词,相比于机械钟表受到地球引力的影响,每天都会有数秒误差,而石英钟则是能够达到十万分之一秒的误差,基本上制造工艺合格,每个月的误差也仅仅一两秒,而世界上最好的石英钟,则是能够达到270年才误差一秒。

科学是推动技术发展的第一要素,这句话一点都不假,石英钟这个准确的计时器具,就是因为居里夫人在科学实验中,偶然发现了石英受压能产生电流的特征,于是才有了石英种最重要的元件——石英晶体振荡器,这个装置基本不受外界干扰,能以稳定的震荡频率运行,石英钟就是截取使用了这种稳定的频率,才能保证钟表内每一秒的时间都是精准而没有误差,所以石英钟才会那么准时。

1928年沃伦-马里森发明的石英钟直到现在依旧是一个很准确的计时器具,包括现在的电子显示时钟也是由石英钟发展而来,石英钟是现代社会发展的一个重要见证者,它的出现将人们的时间观念提升到分、秒,而不是过去的大概时间,石英钟与其说是一个计时器具,不如说是让社会接受了精准时间观念的里程碑。

石英钟原理

石英晶体的传感器的核心是传感元件——压电石英晶片。其工作原理是压电效应,即石英晶体在某些方向受到机械应力后,便会产生电偶极子,相反,若在石英某方向施以电压,则其特定方向上会产生形变,这一现象称为逆压电效应。若在石英晶体上施加交变电场,则晶体晶格将产生机械振动,当外加电场的频率和晶体的固有振荡频率一致时,则出现晶体的谐振。由于石英晶体在压力下产出的电场强度很小,这样仅需很弱的外加电场即可产生形变,这一特性使压电石英晶体很容易在外加交变电场激励下产生谐振。其振荡能量损耗小,振荡频率极稳定。这些再加上石英优良的机械、电气和化学稳定性,使它自40年代以来就成为石英钟、电子表、电话、电视、计算机等与数字电路有关的频率基准元件。

石英晶体具有一个有趣的特性,就是在一侧导入正电流,同时在另一侧导入负电流后,负电流一侧会收缩并弯曲成U字形。如果定时交替在石英晶体两侧导入正、负电流,石英晶体就会产生振荡。石英晶体就是根据这种振荡计时的。个人电脑内置的石英晶体每秒振荡1431万8180次。石英钟的工作原理就是如此。

石英钟缺点

问题就在于石英晶体在品质上存在缺陷,品质差就很难按照正确的振荡数振荡。天然石英晶体的杂质含量和形态等大多并不统一,因此就要使用人造石英晶体。不过,均匀地进行石英生产难度很大。精度高则每秒误差在正负10万分之一秒以内,精度低每秒误差甚至达到1万分之一秒。1万分之一秒也许感觉并不大,但是从计算上来讲,每天的误差就是0.864秒,而1个月则会差约半分钟。石英手表不准也是这个原因。