O relógio de quartzo não chegou simplesmente. Ele detonou.
No início da década de 1970, este não era apenas um relógio. Foi o mais novo gadget de alta tecnologia do planeta. Esses primeiros modelos eram itens de luxo. Eles custam cerca de US$ 500 nos Estados Unidos. Eles apresentavam displays de LED vermelhos que brilhavam no escuro. Hoje, o cenário é completamente diferente.
Os preços despencaram. Agora você pode encontrar relógios de quartzo gratuitamente em caixas de cereais. A tecnologia que antes sinalizava status tornou-se onipresente. Vemos o quartzo rosa, a bela variedade rosa, em rolos de beleza e cristais baratos no supermercado. Mas por trás da mudança estética reside uma mudança fundamental na forma como medimos o tempo.
O que é um relógio de quartzo?
Basicamente, um relógio de quartzo usa um cristal de quartzo para regular o tempo. Isto é diferente dos relógios mecânicos de corda que dominaram durante séculos.
O relógio mecânico é uma maravilha da engenharia. Seu desenvolvimento começou no final do século XIV. As inovações ao longo dos anos tornaram esses dispositivos mais finos, mais confiáveis e, eventualmente, de corda automática. Eles continuam sendo feitos impressionantes da mecânica em miniatura.
Os relógios de corda tradicionais dependem de um conjunto específico de componentes que existem há centenas de anos:
- Uma mola principal para fornecer energia
- Uma roda de balanço oscilante para estabelecer a base de tempo
- Ponteiros para exibir a hora
- Um mostrador enumerado
- Engrenagens para transferir energia da mola para as mãos
Consulte Como funcionam os relógios de pêndulo para compreender o contexto mais amplo da cronometragem mecânica. Esses sistemas são lentos. Eles marcam. Eles estão sujeitos ao atrito e à gravidade.
A transição do diapasão
No final da década de 1960, a indústria buscava uma atualização. Bulova deu o primeiro passo. Eles se afastaram do equilíbrio tradicional.
Em vez disso, eles usaram um oscilador de transistor com um diapasão. Este relógio não funcionou. Ele zumbia. Operava a centenas de hertz. Isso é ciclos por segundo. Foi muito mais rápido que os escapes mecânicos.
O diapasão substituiu o balanço e a mola. Era um ressonador de material único. Isso reduziu o atrito e melhorou a estabilidade. A bateria substituiu a mola de corda. Isso eliminou a necessidade de corda manual.
Engrenagens e rodas ainda convertiam o movimento mecânico do diapasão em movimento manual. Mas o mecanismo central de temporização mudou. Era eletrônico em sua essência, mesmo que os ponteiros ainda fossem mecânicos.
O próximo passo lógico
Os relojoeiros do final da década de 1960 reconheceram uma limitação. O diapasão era bom. Mas os circuitos integrados estavam surgindo. Estes eram muito novos. Seus preços estavam caindo rapidamente. O número de transistores nesses circuitos crescia exponencialmente.
Havia um caminho claro a seguir. A próxima etapa exigiu um elemento de temporização ainda mais estável do que um diapasão. Também exigia um circuito integrado que consumia muito pouca energia. Por que? Porque o relógio funcionava com uma pequena bateria interna. Baterias grandes arruinariam o design elegante.
Os LEDs também eram novos. Eles ofereceram uma alternativa de display digital às mãos. A indústria precisava resolver dois problemas simultaneamente. Eles precisavam de um novo elemento de temporização. Eles precisavam de eletrônicos de potência ultrabaixa.
A solução estava em uma propriedade material. Piezoeletricidade.
O poder da piezoeletricidade
Escolher o elemento de tempo certo não foi difícil. O quartzo é milhares de vezes melhor que um diapasão para marcar o tempo. Esses cristais já existiam há anos. O verdadeiro desafio era encontrar tecnologia de circuito integrado que pudesse funcionar com potência suficientemente baixa.
O quartzo está em toda parte. Fornece frequências precisas para transmissores de rádio, receptores e computadores. Essa precisão vem de um feliz conjunto de coincidências físicas. O dióxido de silício, que é basicamente areia, permanece cristalino por centenas de graus. Ele ignora a maioria dos solventes.
A mágica acontece quando você aperta. O efeito piezoelétrico faz com que o quartzo gere uma carga ou tensão em sua superfície quando comprimido. Coloque uma voltagem nele e ele se curvará. Só um pouco.
Imagine um sino feito de um único cristal de quartzo. Toque nele e ele tocará por alguns minutos. Quase nenhuma energia é perdida. A taxa de oscilação não muda com a temperatura. Você pode detectar essa tensão superficial com eletrodos. Amplifique-o. Coloque-o de volta. O cristal continua tocando.
Você poderia fazer um sino de quartzo. Mas não é o ideal. Muita energia vaza no ar. Uma barra reta ou um disco funcionam melhor. Uma barra mantém sua frequência enquanto a relação comprimento/largura for mantida.
Os relógios modernos usam pequenas barras ou formato de diapasão. Muitas vezes são feitos de finas folhas de quartzo. Coloque-os em placas como um circuito integrado. Grave-os quimicamente para dar forma.
32 quilohertz é a frequência padrão para relógios. É pequeno. Frequências mais altas precisam de mais potência. Os primeiros relojoeiros gastaram milhões tentando fazer com que os circuitos integrados se dividissem de 1 a 2 MHz gerados pelos cristais do disco.
Uma boa cronometragem depende da precisão inicial da frequência. O ângulo do corte em relação ao eixo cristalino é importante. O mesmo acontece com a quantidade de contaminação que entra no relógio.
A eletrônica amplifica o ruído na frequência do cristal. Isso se transforma em oscilação. A saída do oscilador é convertida em pulsos para circuitos digitais. Ou, se houver ponteiros, os divisores criam pulsos de um segundo. Um pequeno motor aciona as engrenagens.
A precisão encontra a acessibilidade
Os relógios de quartzo mudaram a indústria. Eles combinam precisão com durabilidade e preço acessível. Os relógios mecânicos não conseguem competir com a consistência das oscilações de quartzo.
A energia da bateria significa menos peças móveis. Isso aumenta a confiabilidade. A manutenção cai significativamente.
A relojoaria sempre amou a inovação. O quartzo combina o apelo tradicional com a eficiência moderna. À medida que a tecnologia evolui, estes relógios continuam a ser um testemunho desse espírito.
Sobre o autor
Douglas Dwyer fundou a Frequency Precision Ltd. Ele presta consultoria para a indústria eletrônica. Ele está no controle de frequência desde meados da década de 1960. Ele escreveu sobre osciladores de cristal, versões com compensação de temperatura e modelos controlados por forno. Osciladores de ondas acústicas de superfície são outra área de sua especialização. Tecnologias de fabricação industrial também fazem parte de seu trabalho. Ele se interessa pela história dos relógios desde que começou a projetar relógios de quartzo.
