O cristal de quartzo

O problema não era escolher o elemento de marcação do tempo. Possivelmente, o cristal de quartzo seja mil vezes melhor do que o diapasão e já estava no mercado há muitos anos. A questão era escolher o tipo de cristal e a sua freqüência. A dificuldade estava em selecionar a tecnologia de circuito integrado que funcionaria a uma potência baixa.

Cristais de quartzo

Os cristais de quartzo vêm sendo usados há muito anos para proporcionar a freqüência exata para todos os transmissores e receptores de rádio e computadores. A precisão dos cristais deve-se a uma série de coincidências formidáveis: o quartzo, que é um dióxido de silício como quase todas as areias, não é afetado pela maioria dos solventes e permanece no estado cristalino, mesmo quando submetido a temperaturas elevadíssimas. A propriedade que viabiliza isso é o fato de que, quando o quartzo é comprimido ou torcido, ele gera uma tensão ou voltagem na superfície. Esse fenômeno bastante comum é chamado de efeito piezoelétrico. Da mesma forma, se uma voltagem é aplicada sobre o quartzo, ele se deforma ligeiramente.

Se um sino fosse feito a partir de um único cristal de quartzo, quando alguém o batesse, ele continuaria tocando por alguns minutos. O material praticamente não perde energia. Um sino de quartzo, se feito na direção certa do eixo cristalográfico, possui uma voltagem na superfície e a freqüência com que ocorre a vibração não é afetada pela temperatura. Se a voltagem da superfície do cristal é disparada por eletrodos de metal e amplificada por um transistor ou um circuito integrado, ela pode ser reaplicada ao sino para que este continue tocando.

Um sino de quartzo até poderia ser criado, mas a sua forma não seria a mais adequada já que muita energia fica concentrada no ar. As melhores formas são: uma barra reta ou um disco. A barra possui a vantagem de manter a mesma freqüência fornecida, desde que a razão entre o comprimento e a largura permaneça a mesma. Uma barra de quartzo pode ser pequena e vibrar a uma freqüência relativamente baixa. A freqüência de 32 kilohertz (KHz) é normalmente escolhida para os relógios, não só devido ao seu tamanho, mas também porque os circuitos, que dividem a freqüência do cristal em pulsações por segundo, demandam mais energia para freqüências maiores.

A questão da energia representava um grande problema para os relógios mais antigos. Os suíços gastaram milhões tentando introduzir a tecnologia dos circuitos integrados para dividir a freqüência de 1 MHz a 2 MHz e encontrar o disco mais estável produzido pelos cristais.

Hoje, os relógios de quartzo modernos utilizam uma barra de baixa freqüência ou um cristal na forma de diapasão. Muitas vezes os cristais são feitos de folhas finas de quartzo metálico, assim como um circuito integrado, e talhados na forma desejada através de procedimentos químicos. A principal diferença, entre uma boa marcação e outra inferior, é a exatidão da freqüência inicial e a precisão com que foi feito o corte do ângulo na folha de quartzo em relação ao eixo cristalográfico. A quantidade de contaminação, que pode atravessar a cápsula e chegar à superfície do cristal dentro do relógio, interfere na precisão.

Os aparatos eletrônicos do relógio amplificam o barulho da freqüência do cristal. Isso provoca uma oscilação, o que faz com que o cristal vibre. A emissão dos osciladores a cristal do relógio é convertida em pulsos ideais para circuitos digitais. Tal mecanismo divide a freqüência do cristal e a converte em um formato adequado para o visor (veja Como funcionam os relógios digitais para um estudo detalhado dos divisores e drivers de exibição). Em um relógio de quartzo com ponteiros, os divisores criam um pulso de um segundo que aciona um pequeno motor elétrico e esse motor é conectado às engrenagens padrão para movimentar os ponteiros.

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