Jam tangan kuarsa tidak tiba begitu saja. Itu meledak.
Pada awal tahun 1970-an, ini bukan sekedar penunjuk waktu. Itu adalah gadget berteknologi tinggi terbaru di planet ini. Model pertama itu adalah barang mewah. Harganya sekitar $500 di Amerika Serikat. Mereka menampilkan layar LED merah yang bersinar dalam gelap. Saat ini, pemandangannya benar-benar berbeda.
Harga telah jatuh. Anda sekarang dapat menemukan jam tangan kuarsa secara gratis di kotak sereal. Teknologi yang dulunya menandakan status kini sudah ada di mana-mana. Kita melihat kuarsa mawar, variasi merah jambu yang indah, dalam roller kecantikan dan kristal murah di supermarket. Namun di balik perubahan estetika tersebut terdapat perubahan mendasar dalam cara kita mengukur waktu.
Apa Itu Jam Tangan Kuarsa?
Pada intinya, jam tangan kuarsa menggunakan kristal kuarsa untuk mengatur waktu. Ini berbeda dengan jam tangan mekanis yang mendominasi selama berabad-abad.
Jam tangan mekanis adalah sebuah keajaiban teknik. Perkembangannya dimulai pada akhir abad ke-14. Inovasi selama bertahun-tahun menjadikan perangkat ini lebih tipis, lebih andal, dan akhirnya dapat berliku sendiri. Mereka tetap menjadi prestasi mekanika miniatur yang mengesankan.
Jam tangan wind-up tradisional mengandalkan serangkaian komponen tertentu yang telah ada selama ratusan tahun:
- Per utama untuk memberi daya
- Roda keseimbangan berosilasi untuk menetapkan basis waktu
- Tangan untuk menampilkan waktu
- Dial yang disebutkan
- Roda gigi untuk mentransfer energi dari pegas ke tangan
Lihat Cara Kerja Jam Pendulum untuk memahami konteks ketepatan waktu mekanis yang lebih luas. Sistem ini lambat. Mereka berdetak. Mereka terkena gesekan dan gravitasi.
Transisi Garpu Tala
Pada akhir tahun 1960-an, industri ini sedang mencari peningkatan. Bulova mengambil langkah pertama. Mereka beralih dari roda keseimbangan tradisional.
Sebagai gantinya, mereka menggunakan osilator transistor dengan garpu tala. Jam tangan ini tidak berdetak. Itu bersenandung. Ini beroperasi pada ratusan hertz. Itu adalah siklus per detik. Itu jauh lebih cepat daripada pelepasan mekanis.
Garpu tala menggantikan roda keseimbangan dan pegas. Itu adalah resonator material tunggal. Ini mengurangi gesekan dan meningkatkan stabilitas. Baterai menggantikan pegas angin. Hal ini menghilangkan kebutuhan akan penggulungan manual.
Roda gigi masih mengubah gerakan mekanis garpu tala menjadi gerakan tangan. Namun mekanisme pengaturan waktu inti telah berubah. Intinya adalah elektronik, meskipun tangannya masih mekanis.
Langkah Logis Berikutnya
Para pembuat jam tangan di akhir tahun 1960an menyadari adanya keterbatasan. Garpu talanya bagus. Namun sirkuit terpadu mulai bermunculan. Ini sangat baru. Harga mereka turun dengan cepat. Jumlah transistor di sirkuit ini bertambah secara eksponensial.
Ada jalan ke depan yang jelas. Langkah selanjutnya memerlukan elemen pengatur waktu yang bahkan lebih stabil daripada garpu tala. Hal ini juga memerlukan sirkuit terpadu yang mengkonsumsi daya sangat sedikit. Mengapa? Karena jam tangan ini menggunakan baterai internal yang kecil. Baterai besar akan merusak desain ramping.
LED juga baru. Mereka menawarkan alternatif tampilan digital selain tangan. Industri perlu menyelesaikan dua masalah secara bersamaan. Mereka membutuhkan elemen waktu yang baru. Mereka membutuhkan elektronik berdaya sangat rendah.
Solusinya terletak pada properti material. Piezoelektrik.
Kekuatan Piezoelektrik
Memilih elemen pengaturan waktu yang tepat tidaklah sulit. Kuarsa ribuan kali lebih baik daripada garpu tala dalam menjaga waktu. Kristal-kristal ini telah ada selama bertahun-tahun. Tantangan sebenarnya adalah menemukan teknologi sirkuit terpadu yang dapat berfungsi dengan daya yang cukup rendah.
Kuarsa ada dimana-mana. Ini memberikan frekuensi akurat ke pemancar radio, penerima, dan komputer. Keakuratan itu berasal dari serangkaian kebetulan fisik yang beruntung. Silikon dioksida, yang pada dasarnya adalah pasir, tetap berbentuk kristal selama ratusan derajat. Ini mengabaikan sebagian besar pelarut.
Keajaiban terjadi ketika Anda menekannya. Efek piezoelektrik membuat kuarsa menghasilkan muatan atau tegangan pada permukaannya ketika dikompresi. Beri tegangan padanya, dan itu bengkok. Sedikit saja.
Bayangkan sebuah lonceng yang terbuat dari satu kristal kuarsa. Ketuk, dan telepon berdering selama beberapa menit. Hampir tidak ada energi yang hilang. Laju osilasi tidak berubah seiring suhu. Anda dapat mengurangi tegangan permukaan tersebut dengan elektroda. Perkuat itu. Pasang kembali. Kristalnya terus berdering.
Anda bisa membuat lonceng kuarsa. Tapi itu tidak ideal. Terlalu banyak energi yang bocor ke udara. Bilah lurus atau disk berfungsi lebih baik. Sebuah batang mempertahankan frekuensinya selama rasio panjang dan lebarnya tetap.
Jam tangan modern menggunakan batangan kecil atau bentuk garpu tala. Seringkali terbuat dari lembaran tipis kuarsa. Tempatkan mereka seperti sirkuit terpadu. Etsa secara kimia untuk membentuknya.
32 kilohertz adalah frekuensi standar untuk jam tangan. Itu kecil. Frekuensi yang lebih tinggi membutuhkan lebih banyak daya. Pembuat jam tangan awal menghabiskan jutaan dolar untuk mencoba membuat sirkuit terintegrasi membagi frekuensi 1 hingga 2 MHz yang dihasilkan oleh kristal disk.
Ketepatan waktu yang baik bergantung pada keakuratan frekuensi awal. Sudut potongan relatif terhadap sumbu kristal penting. Begitu pula dengan seberapa banyak kontaminasi yang masuk ke dalam jam tangan.
Elektronik memperkuat kebisingan pada frekuensi kristal. Hal ini menimbulkan osilasi. Output osilator diubah menjadi pulsa untuk rangkaian digital. Atau, jika ada jarum jam, pembagi menghasilkan pulsa satu detik. Sebuah motor kecil menggerakkan roda gigi.
Presisi Memenuhi Keterjangkauan
Jam tangan kuarsa mengubah industri. Mereka memadukan presisi dengan daya tahan dan harga yang terjangkau. Jam tangan mekanis tidak mampu bersaing dengan konsistensi osilasi kuarsa.
Daya baterai berarti lebih sedikit bagian yang bergerak. Itu meningkatkan keandalan. Pemeliharaan turun secara signifikan.
Horologi selalu menyukai inovasi. Kuarsa memadukan daya tarik tradisional dengan efisiensi modern. Seiring berkembangnya teknologi, jam tangan ini tetap menjadi bukti semangat tersebut.
Tentang Penulis
Douglas Dwyer mendirikan Frekuensi Precision Ltd. Dia menjadi konsultan untuk industri elektronik. Dia telah mengendalikan frekuensi sejak pertengahan 1960an. Dia telah menulis tentang osilator kristal, versi kompensasi suhu, dan model yang dikontrol oven. Osilator gelombang akustik permukaan adalah bidang keahliannya yang lain. Teknologi fabrikasi industri juga menjadi bagian dari karyanya. Ia tertarik dengan sejarah jam sejak ia mulai merancang jam tangan kuarsa.
