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Antecedentes

El medio más antiguo para determinar el tiempo es observar la ubicación del sol en el cielo. Cuando el sol está directamente sobre nuestras cabezas, son aproximadamente las 12:00 del mediodía. Un desarrollo ligeramente posterior, y menos sujeto al juicio de un individuo, es el uso de un reloj de sol. Durante las horas del día, la luz del sol cae sobre un poste vertical colocado en el centro de una esfera calibrada, proyectando así una sombra en la esfera y proporcionando al lector una lectura de la hora relativamente precisa.

La invención del reloj mecánico en el siglo XIV fue un avance importante:proporcionó un método más conciso y consistente para medir el tiempo. El reloj mecánico incluye una serie complicada de ruedas, engranajes y palancas accionadas por pesos que caen y con un péndulo (o más tarde un resorte enrollado). Estas piezas juntas movieron la manecilla o manecillas de un dial para mostrar la hora. La adición de campanillas o gongs en la hora, media hora y cuarto de hora siguió poco después. En el siglo XVIII, se disponía de relojes más pequeños para el hogar y, a diferencia de sus predecesores, estaban cerrados y sellados en una caja.

Cuanto más rigurosa era la mano de obra de las piezas móviles, más preciso era el reloj. Desde la invención hasta mediados del siglo XX, los avances en la fabricación de relojes se centraron en hacer que las partes móviles funcionaran con la mayor precisión posible. Los avances en la tecnología del metal y en la miniaturización, la lubricación de piezas pequeñas y el uso de primero, zafiros naturales (y luego zafiros artificiales) en los lugares que recibieron la mayor tensión (el movimiento de joyas) se convirtieron en componentes integrales de la ciencia relojera. Los pequeños relojes de bolsillo, quizás de dos a tres pulgadas (cinco a siete centímetros) de diámetro, estaban disponibles a fines del siglo XIX. Los relojes de pulsera mecánicos eran un artículo cotidiano en los Estados Unidos en la década de 1960. Y, sin embargo, el problema central al que se enfrentan los relojes y los relojeros sigue siendo el mismo:las piezas mecánicas se desgastan, se vuelven inexactas y se rompen.

En los años inmediatamente posteriores a la Segunda Guerra Mundial, el interés por la física atómica llevó al desarrollo del reloj atómico. Los materiales radiactivos emiten partículas (descompuestas) a un ritmo constante conocido. Las partes de un reloj mecánico que funcionaban con trinquete para mantener la hora podían ser reemplazadas por un dispositivo que estimulaba el movimiento del reloj cada vez que el elemento radiactivo emitía una partícula. Los relojes atómicos, dicho sea de paso, todavía se fabrican y venden, y se encuentra que son consistentemente precisos.

Con el desarrollo del microchip en las décadas de 1970 y 1980, se inventó un nuevo tipo de reloj. Los relojes de pulsera que mezclaban la tecnología de microchip con cristales de cuarzo se convirtieron en el estándar; Hoy en día se fabrican pocos relojes de pulsera que no sean de cuarzo. El microchip se utiliza para enviar señales a la esfera del reloj de forma continua. Debido a que no es un dispositivo mecánico con partes móviles, no se desgasta.

El uso de cuarzo en relojes hace uso de un tipo de electricidad conocido desde hace mucho tiempo como piezoelectricidad . La piezoelectricidad es la corriente que fluye desde o a través de una pieza de cuarzo cuando el cuarzo se somete a presión eléctrica y / o mecánica (piezo es del verbo griego que significa "presionar"). Un reloj de cuarzo utiliza la electricidad de una pieza de cuarzo sometida a la electricidad de una batería . mandar El corazón de un reloj de cuarzo es una pequeña astilla de cuarzo. En forma natural, el cuarzo se carga primero en una olla gigante o autoclave. En la parte superior del autoclave cuelgan semillas o diminutas partículas de cuarzo con la estructura cristalina deseada. Se bombea un material alcalino al fondo del autoclave y el autoclave se calienta a una temperatura alta, disolviendo el cuarzo en el líquido alcalino caliente, evaporándolo y depositándolo sobre las semillas. Después de aproximadamente 75 días, la cámara se puede abrir y los cristales de cuarzo recién crecidos se pueden quitar y cortar en las proporciones correctas. una serie contable regular de señales (oscilaciones) a uno o más microchips. (Los relojes de pared eléctricos, por el contrario, utilizan la regularidad de la corriente de la pared para realizar un seguimiento del tiempo).

Los relojes de cuarzo más precisos son aquellos en los que la hora aparece en una pantalla digital controlada electrónicamente, producida a través de un diodo emisor de luz (LED) o una pantalla de cristal líquido (LCD). Por supuesto, es posible hacer que el microprocesador envíe sus señales a dispositivos mecánicos que hacen que las manecillas se muevan en la esfera del reloj, creando una pantalla analógica. Pero debido a que las manecillas se operan mecánicamente a través de una parte del reloj conocida como tren de engranajes, los relojes analógicos generalmente no son tan precisos como los digitales y están sujetos a desgaste. Ambos tipos de relojes logran una precisión tremenda, y los relojes digitales suelen tener una precisión de tres segundos por mes.

Materias primas

Los relojes electrónicos utilizan muchos de los materiales más modernos disponibles, incluidos plásticos y metales de aleación. Los estuches pueden estar hechos de plástico o metal; Los relojes con caja de metal suelen incluir acero inoxidable . apoyo. Los microchips suelen estar hechos de silicio, mientras que los LED suelen estar hechos de arseniuro de galio, fosfuro de galio o fosfuro de arseniuro de galio. Las pantallas LCD consisten en cristales líquidos intercalados entre piezas de vidrio. Los contactos eléctricos entre las piezas suelen estar hechos de una pequeña cantidad de oro . (o están bañados en oro); el oro es un conductor eléctrico casi ideal y se puede utilizar con éxito en cantidades muy pequeñas.

El
proceso de fabricación

Esta sección se centrará en los relojes digitales de cuarzo con pantallas LED. Aunque el montaje de estos relojes debe realizarse de forma cuidadosa y metódica, los aspectos más esenciales del proceso de fabricación están en la fabricación de los componentes.

Cuarzo

• 1 El corazón de un reloj de cuarzo es una pequeña astilla de cuarzo. El cuarzo producido sintéticamente es cortado por el fabricante con una sierra de diamante y enviado al relojero para su uso. La producción de cuarzo "cultivado" es un paso crítico en el proceso.

  El cuarzo, en forma natural, se carga primero en una olla gigante o autoclave (el mismo dispositivo que usan los médicos y dentistas para esterilizar los instrumentos). Colgando de la parte superior del autoclave hay semillas o pequeñas partículas de cuarzo. En el montaje del reloj, todo el conjunto de cristal y microchips se coloca en una placa de circuito. También se instala una batería que genera electricidad para el cristal de cuarzo y suministra energía a la pantalla LED. con la estructura cristalina deseada. Se bombea un material alcalino al fondo del autoclave y el autoclave se calienta a una temperatura de aproximadamente 750 grados Fahrenheit (400 grados Celsius). El cuarzo natural se disuelve en el líquido alcalino caliente, se evapora y se deposita sobre las semillas. A medida que se deposita, sigue el patrón de la estructura cristalina de las semillas. Después de aproximadamente 75 días, la cámara se puede abrir y los cristales de cuarzo recién crecidos se pueden quitar y cortar en las proporciones correctas. Diferentes ángulos y espesores en el corte conducen a tasas de oscilación predecibles. La tasa de oscilación deseada para el cuarzo utilizado en los relojes de pulsera es de 100.000 megahercios o 100.000 oscilaciones por segundo.

• 2 Para que funcione de manera más eficaz, la pieza de cuarzo debe sellarse en una cámara de vacío de un tipo u otro. Más comúnmente, el cuarzo se coloca en una especie de cápsula, con cables conectados a ambos extremos para que la cápsula se pueda soldar o conectar de otro modo a una placa de circuito.

El microchip

• 3 Los cables electrónicos generados por una batería a través del cuarzo (que producen oscilaciones) irán a un microchip que sirve como "circuito divisor de frecuencia". La fabricación de microchips, como el cuarzo, también la realiza el proveedor del fabricante de relojes. Un proceso extenso y complejo, hacer microchips implica el grabado químico y / o de rayos X de un circuito electrónico microscópico en una pequeña pieza de dióxido de silicio.
• 4 La tasa de oscilación de quizás 100.000 vibraciones / segundo se reduce a 1 o 60 o algún otro número de oscilaciones más manejable. El nuevo patrón de oscilación se envía luego a otro microchip que funciona como un "controlador-contador-decodificador". Este chip realmente contará las oscilaciones que reciba. Si hay sesenta oscilaciones por segundo, el chip cambiará la lectura en un LED cada segundo. Después de 3600 oscilaciones (60 x 60), el contador indicará al LED que cambie la lectura por minutos. Y, después de 60 x 60 x 60 oscilaciones (216 000), el contador cambiará la lectura de la hora.

Ensamblaje

• 5 Todo el conjunto de cristal y microchips se coloca en una placa de circuito. La placa incorpora un espacio para sostener la batería que suministra electricidad al cristal de cuarzo y alimenta la pantalla LED. Generalmente, el espacio para la batería está en el exterior de la superficie que mira hacia la parte posterior de la caja. La batería se puede reemplazar quitando la parte posterior del reloj, sacudiendo la vieja y colocando la nueva batería.
• 6 A continuación, se conecta el mecanismo utilizado para configurar el reloj. Este mecanismo involucra dos pines que se extienden más allá de la caja del reloj. Un pin le permite al circuito contador saber qué lectura restablecer:segundos, minutos u horas. El segundo pin se presiona varias veces para llevar la pantalla a la lectura deseada.
• 7 La placa de circuito completa, junto con una batería, se cierra en una caja y se coloca una muñequera.

Funciones de reloj adicionales

Debido a que los microchips de un reloj de cuarzo son capaces de almacenar grandes cantidades de información, es posible, desde el punto de vista de la ingeniería, agregar otras funciones a un reloj sin mucha dificultad. Un botón pulsador adicional en la caja conectado al circuito del contador puede proporcionar alarmas, información de mareas y más. El microchip se puede programar con la misma facilidad para adelantar o retrasar el reloj una cantidad definida con solo presionar un botón, de modo que un propietario pueda determinar la hora en otra zona horaria, o quizás tener dos, tres o más horas de zona horaria. mostrado sucesivamente.

Control de calidad

Todos los componentes de los relojes electrónicos se fabrican bajo un estricto sistema de control de calidad. Los cristales de cuarzo, por ejemplo, tienen sus frecuencias probadas antes de usarse en un reloj. Los microchips deben fabricarse en un entorno de "sala limpia" con aire especialmente filtrado, ya que incluso las partículas de polvo más pequeñas pueden inutilizar un chip. Los microchips se examinan cuidadosamente y también se prueban en banco para verificar su precisión antes de su uso.

Una vez fabricado un reloj, se vuelve a probar antes de enviarlo al mercado. Además de su precisión de cronometraje, también se somete a una prueba de caída en la que debe continuar funcionando correctamente después de haber sido caído y de otro modo abusado; una prueba de temperatura; y una prueba de agua. Si bien un relojero puede, con las pruebas y pruebas adecuadas, afirmar que un reloj es "resistente al agua" con ciertas especificaciones conocidas, es inexacto decir que un reloj es "resistente al agua porque sin una especificación particular esa designación no tiene sentido.

Las grandes empresas de relojes fabrican todos sus propios componentes, lo que garantiza que los estándares de calidad del producto se establezcan en el punto más temprano del proceso de fabricación.

El futuro

Debido a que los relojes electrónicos de hoy en día son tan precisos por diseño, la precisión no es el único objetivo al que aspira un fabricante de relojes. Los cambios futuros en el producto aprovecharán otras tecnologías de otros campos, como la adición de una función de calculadora a un reloj, o incluso la adición de un transmisor de radio que puede enviar una señal rastreable si el usuario se pierde o tiene problemas.