|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
PHÒNG KHÁM LAO ĐỘNG TRẺ EM
Đồng hồ thạch anh. Phòng thí nghiệm Khoa học Trẻ em
Cẩm nang / Phòng thí nghiệm Khoa học dành cho Trẻ em Thời gian là gì? Chúng ta đã quen với việc tìm câu trả lời cho câu hỏi này bằng cách nhìn vào đồng hồ; sổ tay, túi, máy tính để bàn, tường, đường phố, tháp. Bạn có thể kiểm tra thời gian qua điện thoại và radio. Các trạm phát sóng ở Liên Xô truyền tín hiệu thời gian chính xác bốn lần một ngày. Tổ tiên của chúng ta đã theo dõi thời gian như thế nào? Năm nghìn năm trước, người ta đã sử dụng Đồng hồ Mặt trời cho việc này - một cây cột bình thường, được lắp đặt thẳng đứng và đổ bóng có độ dài và hướng khác nhau vào các thời điểm khác nhau trong ngày. Sau đó, thời gian được đo bằng nước và đồng hồ cát. Tất nhiên, độ chính xác của những dụng cụ thô sơ này là rất gần đúng. Đến thế kỷ XNUMX sau Công nguyên, việc phát minh ra đồng hồ cơ - tháp đã có từ trước, và năm trăm năm sau, những chiếc đồng hồ lò xo đầu tiên đã xuất hiện. Tuy nhiên, chúng không khác nhau về độ chính xác cao, vì bộ điều khiển tốc độ - bộ cân bằng - dao động không đều với chúng. Thiếu sót này đã được loại bỏ khi người ta phát hiện ra đặc tính của con lắc treo tự do là giữ cho chu kỳ dao động của nó không đổi. Bằng cách kết nối con lắc với đồng hồ, chúng tôi có một thiết bị đo thời gian với độ chính xác đủ. Cải tiến mang tính xây dựng liên tục của đồng hồ quả lắc đã làm cho chúng trở thành một đồng hồ đo thời gian đáng tin cậy. Yêu cầu người tiêu dùng Nhưng khoa học và công nghệ không đứng yên. Đồng thời với sự phát triển của chúng, các yêu cầu về độ chính xác của việc xác định thời gian tăng lên. Độ chính xác đến một giây đã không còn làm hài lòng nhiều "người tiêu dùng" của nó. Họ muốn biết thời gian chính xác đến từng phần trăm, phần nghìn, thậm chí phần mười nghìn của giây. Đây không chỉ là những nhà thiên văn học nghiên cứu chuyển động của các thiên thể. Các nhà điều hướng của tàu và máy bay cần thời gian chính xác nhất để định hướng chính xác trên biển và trên không, các nhà địa hình và nhà khảo sát khảo sát khu vực. Để xác định vị trí của họ trên quả địa cầu, họ phải xác định vĩ độ địa lý - khoảng cách từ đường xích đạo - và kinh độ - góc giữa mặt phẳng kinh tuyến của một địa điểm nhất định và mặt phẳng của kinh tuyến gốc. Để xác định chính xác kinh độ, cần phải biết giờ địa phương và giờ trên kinh tuyến gốc với độ chính xác tối đa, vì kinh độ được tính từ chênh lệch giữa hai giá trị này. Hãy để nó được xác định bởi các ngôi sao rằng đó là 23 giờ 30 phút tại một thời điểm nhất định ở một địa điểm nhất định. Đồng hồ, được đặt theo thời gian của kinh tuyến 21 và được kiểm tra bằng radio, hiển thị 30 giờ 360 phút. Sự khác biệt là hai giờ. Được biết, Trái đất mỗi ngày thực hiện một vòng quay từ tây sang đông quanh trục của nó, tức là, nó quay 360 ° và trong một giờ - 24:15 = 30 °. Trong hai giờ, nó sẽ quay 30°. Do đó, người quan sát đang ở XNUMX° kinh độ đông. Thời gian chính xác cũng phải được biết đối với các nhà địa chất và trọng lực học, những người nghiên cứu những thay đổi về trọng lực tại các điểm khác nhau trên bề mặt trái đất, điều này có tầm quan trọng lớn đối với việc thăm dò khoáng sản. đồng hồ thiên thể Làm thế nào là thời gian chính xác đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống của mọi người được xác định? Các nhà khoa học kiểm tra đồng hồ của họ dựa trên những loại đồng hồ siêu chính xác nào? Những chiếc đồng hồ tuyệt vời này được tạo ra bởi chính thiên nhiên. Mặt số của chúng là bầu trời đêm và các số chỉ giờ, phút và giây là các ngôi sao. Với sự kiên định nghiêm ngặt, họ đi theo con đường vĩnh cửu của họ trên bầu trời. Lúc nào cũng vậy, vào thời điểm chính xác do các nhà thiên văn học thiết lập, mỗi ngôi sao đạt đến vị trí cao nhất và đi qua kinh tuyến thiên thể. Nắm bắt khoảnh khắc này là đủ để tìm ra thời điểm hoàn hảo. Để đối phó với nhiệm vụ này, các nhà thiên văn học được trợ giúp bởi "bàn tay" của đồng hồ thiên thể - một ống thiên văn đặc biệt được gọi là dụng cụ vận chuyển. Quay đồng thời với Trái đất, thiết bị chuyển tiếp luôn hướng dọc theo kinh tuyến, được biểu thị trong trường nhìn của thiết bị bằng một sợi dọc mỏng. Bằng cách ghi nhận đường đi của một ngôi sao qua dây tóc này, nhà thiên văn học tính toán xem anh ta nên chỉnh sửa chiếc đồng hồ của mình đến mức nào. Mỗi đêm, các nhà thiên văn học từ tất cả các đài quan sát trên thế giới ngồi xuống các thiết bị thông hành. Nhưng thời tiết không phải lúc nào cũng thuận lợi cho việc quan sát. Họ cần một bầu trời quang đãng, và chẳng hạn như ở Mátxcơva chỉ có khoảng 90 đêm không có mây mỗi năm, ở Tashkent đầy nắng - khoảng 250. Thường thì bầu trời bị mây che phủ trong cả tháng liên tiếp, và đôi khi còn lâu hơn. Cần phải tìm cách đặt thời gian chính xác trong những khoảng thời gian nghỉ bắt buộc này từ quan sát thiên văn này sang quan sát thiên văn khác. Vì vậy, có một vấn đề về "lưu trữ" thời gian. Việc giải quyết vấn đề phức tạp này được tạo điều kiện thuận lợi bằng việc tạo ra các đồng hồ thiên văn có độ chính xác cao. Hai con lắc Bộ phận chính và quan trọng nhất của đồng hồ thiên văn là quả lắc. Rõ ràng. Xét cho cùng, ưu điểm chính của đồng hồ nằm ở tính đồng nhất và liên tục trong tiến trình của chúng. Nhưng đồng hồ chỉ có thể quay đều nếu chiều dài của con lắc luôn không đổi và biên độ dao động của nó không đổi. Điều gì có thể ảnh hưởng đến những giá trị này? Trước hết, những thay đổi về nhiệt độ và áp suất không khí. Theo đó, con lắc phải được làm bằng vật liệu ít bị ảnh hưởng nhất bởi sự thay đổi nhiệt độ. Invar hóa ra là một vật liệu như vậy - một hợp kim bao gồm 36% niken và 64% thép và có hệ số giãn nở tuyến tính nhỏ hơn thép 10-12 lần. Một con lắc được làm từ Invar. Các nhà thiết kế đồng hồ thiên văn cũng thực hiện các biện pháp phòng ngừa khác. Họ đặt đồng hồ trong hầm rượu, nơi nhiệt độ ít thay đổi, và bọc nó trong một ống trụ bằng đồng được hàn kín bằng nắp thủy tinh. Không khí gần như được bơm hoàn toàn ra khỏi xi lanh và áp suất khí quyển trong nó được duy trì liên tục trong khoảng 20-25 mm thủy ngân. Đồng hồ được lắp đặt trên một nền tảng đặc biệt cách ly với tòa nhà. Do đó, chúng không nhạy cảm lắm với các rung động của tòa nhà mà chúng đang ở. Họ cũng cẩn thận để giải phóng con lắc khỏi bất kỳ tải trọng cơ học nào, dù là nhỏ nhất. Đây là ý tưởng chính của đồng hồ thiên văn có độ chính xác cao. Con lắc dao động tự do, mà chúng tôi đã mô tả, không được kết nối với bất kỳ cơ chế truyền và chỉ thời gian nào. Nó được gọi là con lắc "tự do". Nhiệm vụ của anh ta bị hạn chế. Nó chỉ đo thời gian, và tất cả "đen" - công cơ học được gán cho một con lắc phụ khác. Con lắc tự do nhận được các xung dao động cứ sau 30 giây. Chúng được gửi đến anh ta bằng dây bởi một con lắc phụ. Với sự trợ giúp của các thiết bị điện đặc biệt, con lắc tự do dường như ra lệnh cho con lắc phụ, buộc nó dao động đồng bộ nghiêm ngặt với chính nó. Con lắc phụ vận hành một cơ chế truyền dẫn làm di chuyển các kim trên mặt số. Đồng hồ thứ hai này, được kết nối bằng dây điện với đồng hồ thứ nhất, có thể được lắp đặt ở bất cứ đâu, ở bất kỳ khoảng cách nào so với con lắc chính - người giữ thời gian thực sự. Tất cả các đài quan sát thiên văn và viện đo lường trên thế giới hiện nay đều sử dụng đồng hồ có hai con lắc trong công việc của họ. Độ chính xác của những chiếc đồng hồ như vậy là cực kỳ cao: hướng đi của chúng, được điều chỉnh, thay đổi theo từng ngày không quá 0,003 giây. Độ chính xác như vậy có vẻ tuyệt vời, tuy nhiên, nó không đủ đối với khoa học hiện đại, bởi vì sai số dù chỉ vài phần nghìn giây cũng ngăn cản việc nghiên cứu một số hiện tượng được các nhà thiên văn học, đo lường học và địa vật lý quan tâm. Tính chất kỳ diệu của tinh thể Tìm lối thoát ở đâu? Những người thợ máy dường như đã sử dụng hết khả năng của mình và đạt đến giới hạn: việc cải tiến thêm đồng hồ quả lắc dường như là điều không tưởng. Và sau đó, các kỹ sư điện và vô tuyến điện đã thiết kế đồng hồ thiên văn. Họ lập luận rằng con lắc đã tồn tại lâu hơn thời gian của nó. Ngay cả khi được đặt trong điều kiện lý tưởng, con lắc cũng không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các nhà khoa học. Điều này có nghĩa là cần phải thay thế nó bằng một bộ điều chỉnh khác cung cấp các dao động có tần số không đổi. Khi tìm kiếm một bộ điều chỉnh như vậy, họ đã nhớ đến thạch anh. Tinh thể thạch anh và các trục của nó
Năm 1880, một tính chất đáng chú ý của một số tinh thể đã được phát hiện, rõ rệt nhất là ở thạch anh. Thạch anh thường được tìm thấy ở dạng tinh thể lục diện với các đầu hình chóp nhọn (Hình 1a). Đường zz biểu thị trục quang học của tinh thể. Nếu tinh thể được cắt ngang, vuông góc với trục quang học, thì sẽ thu được một hình lục giác, tất cả các góc của chúng đều bằng 120° (Hình 1b). Các đường xx, x1x1 X2X2 đi qua các đường phân giác của các góc này biểu thị các trục điện, các đường yy, Y1Y1, Y2Y2 - các trục cơ học của tinh thể. Hóa ra là nếu một tấm được cắt ra khỏi tinh thể thạch anh, bề mặt của chúng vuông góc với một trong các trục điện của nó, thì khi tấm bị nén hoặc kéo căng về mặt cơ học, các điện tích sẽ phát sinh trên bề mặt của nó. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng áp điện trực tiếp (từ "piezo" trong tiếng Hy Lạp cổ có nghĩa là: tôi ấn, bóp.). Hiệu ứng áp điện ngược thể hiện ở sự biến dạng của tấm thạch anh đặt trong điện trường. Những người nghiệp dư vô tuyến sóng ngắn nhận thức rõ tính chất này của thạch anh. Họ biết rằng tấm thạch anh có khả năng giữ cho tần số dao động không đổi. Chất ổn định thạch anh được sử dụng rộng rãi trong các đài phát thanh. Chính khả năng ổn định này của thạch anh đã quyết định sử dụng những người tạo ra thiết bị giữ thời gian mới. Đồng hồ thạch anh Các nhà thiết kế đồng hồ thạch anh đã cắt một thanh hình chữ nhật từ một viên pha lê có tiết diện 7x7 mm và chiều dài khoảng 60 mm. Trên hai bề mặt đối diện của thanh, họ dát một lớp vàng mỏng nhất. Kết quả là một tụ điện có chất điện môi là một thanh và các bản là hai lớp kim loại. Mục đích của thiết bị này trong đồng hồ thạch anh cũng giống như mục đích của con lắc trong đồng hồ thông thường: nó là một bộ điều chỉnh. Và một cơ quan quản lý mà bạn hoàn toàn có thể tin cậy. Tinh thể thạch anh trong mạch cài đặt tần số của một triode
Sau đó, thạch anh được đưa vào mạch của máy phát đèn. Tinh thể được đặt trong một mạch lưới - cực âm của đèn máy phát - triode (Hình 2). Song song, một điện trở lớn đã được cài đặt. Một mạch dao động gồm cuộn cảm và tụ điện được mắc vào cực dương của mạch. Điều này là cần thiết để do kết nối thông qua điện dung của cực dương - lưới của đèn, các điều kiện được tạo ra để duy trì các dao động không bị cản trở. Mạch được điều chỉnh sao cho tần số riêng của nó lớn hơn tần số dao động của thanh thạch anh. Nói chung, đây là thiết bị của bộ tạo dao động thạch anh - bộ phận chính của đồng hồ thạch anh. Độ chính xác của chúng phụ thuộc trực tiếp vào sự ổn định của tần số dao động. Độ ổn định dao động tự nhiên của thạch anh rất cao. Nó không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi trong lực hấp dẫn hoặc rung động địa chấn của vỏ trái đất. Tuy nhiên, nó nhạy cảm với sự dao động của nhiệt độ và áp suất khí quyển. Để giữ nhiệt độ thạch anh không đổi, các nhà thiết kế đã thực hiện các biện pháp đặc biệt. Họ đặt bộ tạo dao động tinh thể trong một bộ điều nhiệt có các bức tường nhiều lớp, bên trong nhiệt độ không đổi được duy trì với độ chính xác đến một phần trăm độ. Sự ổn định nhiệt độ này đạt được bằng cách đốt nóng bộ điều nhiệt bằng điện, được điều khiển bằng nhiệt kế tiếp xúc thủy ngân. Điều này đảm bảo rằng tần số được lưu trữ với độ chính xác khoảng 1*10-8. Bản thân thạch anh được bao bọc trong một bình kín trong đó chân không được tạo ra. Bộ dao động thạch anh với bộ phân tần
Các nhà thiết kế đã gia công một khối có hình dạng và kích thước như vậy từ tinh thể thạch anh có tần số tự nhiên là 100 kHz. Nhưng dòng điện có tần số này không phù hợp với vòng quay của động cơ khiến đồng hồ chuyển động. Tôi phải tạo một số thiết bị trung gian được hiển thị trong sơ đồ khối (Hình 3). Ở đây, điện tử đã giúp các nhà thiết kế rất nhiều. Một số mạch máy phát điện tử có khả năng đồng bộ với tần số của máy phát khác nếu nó là bội số của số lần cao hơn hoặc thấp hơn tần số tự nhiên của máy phát đồng bộ hoặc đủ gần với giá trị bội số đó. Các nhà thiết kế đồng hồ thạch anh đã tận dụng khả năng của các mạch như bộ dao động đa năng hoặc bộ tạo dao động chặn để đồng bộ hóa với tần số cao hơn tần số của chính họ. Bộ tạo dao động tần số cao hơn, được đồng bộ hóa như vậy thường được gọi là bộ chia tần số. Tần số cao nhất của dòng điện có thể điều khiển động cơ đồng bộ là khoảng 1000 Hz. Tuy nhiên, bộ chia tần số có tỷ lệ phân chia 1:100 rất không ổn định. Do đó, để có được tần số 1000 Hz, đồng bộ với tần số thạch anh 100 kHz, cần phải lắp đặt một số bộ chia có tỷ lệ 1:4 và 1:5, đồng bộ nối tiếp với nhau. Các máy phát được sử dụng làm bộ phân tần có một số lượng lớn sóng hài. Cần phải ngăn chặn sự xâm nhập của các dao động tần số cao có hại vào mạch dao động tinh thể, nơi chúng có thể gây ra sự suy giảm độ ổn định. Để ngăn điều này xảy ra, một bộ khuếch đại đệm được kết nối giữa bộ tạo dao động thạch anh và bộ phân tần thứ nhất, hoạt động mà không cần dòng điện lưới. Chế độ này giúp giảm tải cho bộ tạo dao động tinh thể và tăng tính ổn định cho hoạt động của nó. Trong các mạch phân tần, đèn công suất thấp thường được sử dụng. Dòng điện mà chúng cung cấp quá yếu để quay động cơ đồng bộ điều khiển kim đồng hồ tiếp điểm giây. Do đó, sau bộ chia tần (tạo ra dòng điện có tần số 1000 Hz), bộ khuếch đại được bật, cung cấp công suất vài watt cho cuộn dây của động cơ. Về độ ổn định, đồng hồ thạch anh vượt trội hơn tất cả các loại đồng hồ quả lắc hiện có. Biến động trung bình hàng ngày trong khóa học của họ là hai phần mười nghìn giây. Việc chế tạo ra những chiếc đồng hồ siêu chính xác là một thành tựu vượt bậc của khoa học hiện đại. Nhiều tổ chức khoa học đã mua đồng hồ thạch anh. Tại Mát-xcơ-va, tại Viện nghiên cứu trắc địa, chụp ảnh trên không và bản đồ trung ương, chiếc đồng hồ thạch anh nội địa đầu tiên do PS Popov chế tạo không ngừng đo giây. Viện Đo lường Vô tuyến, Viện Thiên văn Sternberg và các viện và đài quan sát khác có đồng hồ thạch anh. Những người say mê cách đo thời gian mới cho rằng đồng hồ thạch anh sẽ sớm thay thế hoàn toàn đồng hồ quả lắc và trở thành thiết bị duy nhất giữ thời gian. Cũng có những người hoài nghi tranh chấp những tuyên bố như vậy. Không phủ nhận những ưu điểm rõ ràng của đồng hồ thạch anh nhưng cũng chỉ ra những nhược điểm của chúng. Chúng ta đã nói về những ưu điểm của đồng hồ thạch anh; tất nhiên, đây là độ chính xác và tính nhất quán vượt trội của chúng, không phụ thuộc vào hầu hết các yếu tố bên ngoài. Những thiếu sót của họ là gì? Các nhà thiên văn học yêu cầu rằng chiếc đồng hồ họ dùng để đo thời gian có thể chạy không ngừng trong hai, ba năm hoặc hơn. Đồng hồ thạch anh có đáp ứng yêu cầu này không? Không hẳn. Nhớ lại rằng chúng được cung cấp bởi dòng điện từ mạng điện. Trạm sẽ ngừng cung cấp dòng điện và đồng hồ sẽ dừng. Nhưng điều này sẽ không xảy ra nếu đồng hồ được cấp nguồn không phải từ mạng mà từ pin. - Đúng vậy, - những người hoài nghi đồng ý. - Còn về sự lão hóa của thạch anh, với sự mài mòn của các ống vô tuyến điện thì sao? Thật vậy, thạch anh già đi theo thời gian và tần số dao động của nó thay đổi. Bạn không thể đảm bảo rằng bất kỳ bóng đèn nào sẽ không bị hỏng đột ngột. Tuy nhiên, những người đam mê thạch anh không sợ một tai nạn như vậy. Họ cài đặt trong phòng thí nghiệm của mình không phải một chiếc đồng hồ mà là ba chiếc đồng hồ hoạt động đồng bộ. Nó không quan trọng nếu một trong số họ dừng lại. Cho đến khi chúng được sửa chữa, hai cái còn lại sẽ giữ thời gian. Tranh chấp vẫn tiếp diễn, nhưng trong khi đó, hàng chục chiếc đồng hồ thạch anh thường xuyên phục vụ khoa học. Ngày nay, độ chính xác của chúng làm hài lòng các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu tinh vi nhất. Và điều gì sẽ xảy ra vào ngày mai? Liệu có thể tìm ra một tiêu chuẩn thời gian mới, thậm chí chính xác hơn? Có lẽ cơ sở của một tiêu chuẩn như vậy sẽ là các phân tử, hay đúng hơn là tần số rung động của chúng. Các nhà khoa học Liên Xô đã làm việc theo hướng này. Tác giả: A. Brodsky
▪ Làm thế nào để nghe thấy mặt trời ▪ đèn thần ▪ Máy quan sát dụng cụ thiên văn
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Chim chiền chiện là hậu duệ của người Neanderthal ▪ Dòng đèn LED trắng siêu sáng mới HLMP ▪ Hệ thống vô hình để bảo vệ xe đạp khỏi trộm cắp
▪ phần của trang web Thợ điện. Lựa chọn bài viết ▪ Bài viết của Eldorado. biểu hiện phổ biến ▪ bài viết Tại sao chỉ số la bàn có thể không đáng tin cậy. Phòng thí nghiệm Khoa học Trẻ em ▪ bài viết Bộ điều khiển tốc độ quạt PWM. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này