Перейти до вмісту

Що вимірює атомний годинник ..?


Повідомлень в темі: 8

#1 Vinja

    Генеральний писар

  • Користувачі
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 615 повідомлень

Відправлено 06.11.2015 – 21:10

  • 8
Спершу, я нагадаю вам - Годинник НЕ ВИМІРЮЄ ЧАС.

Так-так, ви не помилились. Годинник вимірює ДОВЖИНУ пробігу ДЕТАЛІ , що РУХАЄТЬСЯ. (ДщоР)
Ця сама ДщоР, пробіг якої вимірює годинник може бути БУДЬ-ЯКОЮ, виглядати дуже екзотично, але вона - Є ЗАВЖДИ.
У пісочному годиннику це - ПІЩИНКИ, що падають з верхньої колби в нижню.
У бабусиному "годиннику - зозулі" - гиря на ланцюжку, що опускається згори вниз.
У "електронному хронометрі" - заряди, що переповзають від "плюса" до "мінуса".

Механізм годинника лише ПОКАЗУЄ пройдену ДЕТАЛЛЮ, що РУХАЄТЬСЯ, відстань.
Взагалі, найпростіший годинник можна зробити з рулетки і шматка мила.
Розтягніть по підлозі рулетку, і посуньте вздовж неї мило зі швидкістю, наприклад, - 1 м/сек (тертям мила об підлогу і повітря нехтуємо).
Лінійка - циферблат годинника. Мило - Деталь Годинника, що Рухається, за сумісництвом - Показуючий Пристрій (ПП).
Мило ковзає вздовж шкали рулетки, і своїм тілом показує на циферблаті "час".
Між іншим, до тисячних часток секунди! Відмінний Годинник, простий, точний і надійний!
Але! Має істотний недолік.
Який?
- Довгий дуже!
Циферблат годинника за пів доби (як у звичайних настінних) буде завдовжки:
12*60*60 = 43200 м.
З таким годинником можуть не пустити в трамвай. Ага, і з кишені сильно стирчить.
Інженери швидко удосконалили механізм. Тепер, ДщоР в годиннику або бігає по КРУГУ - або БОВТАЄТЬСЯ ТУДИ-СЮДИ - Коливається.
Це відразу зняло проблему РОЗМІРІВ девайса.
АЛЕ, НАЙГОЛОВНІШЕ !
Дозволило вимірювати пробіг Головної Деталі що Рухається (ГДщоР) ПРОСТИМ ПІДРАХУНКОМ кругів або «туди-сюдийних» пробіжок - ЦИКЛІВ.
До того ж, застосування періодичного (Коливального) Руху ГДщоР дозволило використати таку чудову властивість Механічних Коливальних Систем, як ЧАСТОТА ВЛАСНИХ МЕХАНІЧНИХ КОЛИВАНЬ.
Тобто, одночасно з'явилася хороша можливість зробити "ХІД ГОДИННИКА" рівномірним.
Відтоді, в переважній більшості годинників використовується ДЕТАЛЬ, що КОЛИВАЄТЬСЯ (бовтається туди-сюди).
Назвемо її - ГОЛОВНА ДЕТАЛЬ, що РУХАЄТЬСЯ (ГДщоР).

Зараз, друже мій, я відкрию вам ще одну сакральну таємницю "темпорології"!
Як би НЕ називався годинник, "Механічний", "Електромеханічний", "електронний", "атомний", "квантовий" і так далі …
ЗАВЖДИ і СКРІЗЬ!
Підкреслюю! Завжди! і Скрізь!

Головна Деталь, що рухається - МЕХАНІЧНА КОЛИВАЛЬНА СИСТЕМА !
У настінному бабусиному - маятник, що коливається.
У наручних механічних - пружинний маятник, що «вихляє».
У електромеханічних - ротор генератора, що крутиться.
У "електронних кварцових" - вібруючий шматок п'єзоелектричного матеріалу, що «тріпоче».
У "атомних" - ...
...Перш ніж розколупати для Вас "атомний годинник", зупинимо свою увагу на годиннику "Кварцовому".
Деталь механічного годинника, що крутиться на пружині, виявилася дуже хорошим "маятником".
Але, можна ПОЄДНАТИ в одному пристрої і ПРУЖИНУ такого "маятника" і "колесо"!
Будь-який шматок твердого пружного матеріалу, особливо кристалічного, КОЛИВАЄТЬСЯ (дзвенить), якщо по ньому постукати! Причому, "ДЗВЕНИТЬ" з дуже стабільною частотою. Треба тільки змусити шматочок кристалічної речовини "дзвеніти" не затухаючи, і навчитися ПІДРАХОВУВАТИ число коливань поверхні "КРИСТАЛА".
Тут, як завжди вчасно, приспів і технічний прогрес. Я маю на увазі бурхливий розвиток електроніки.
Інженери швидко навчилися робити "Електронні кварцові генератори".
Допомогла одна дуже корисна властивість деяких кристалічних речовин, зокрема кварцу, електрично поляризуватися при деформації, і навпаки, деформуватися, якщо до шматка кварцу прикласти електрику.
Такі речовини називаються "П’єзоєлектрики".
Це дозволило включити в ланцюг зворотного зв'язку генераторів КВАРЦОВИЙ РЕЗОНАТОР. А самі генератори стали називати "кварцовими". Причому, навіть, якщо в якості резонатора використовувався і не кварц зовсім.
Власна частота "дзвону" КВАРЦОВИХ пластинок вражаюче стабільна.
А самі "КВАРЦИ" надзвичайно зручні в використанні. Дешеві, компактні, легко вбудовуються в схеми, споживають мало електроенергії, не бояться вібрацій і т.д.
Сьогодні на планеті безперервно маслають мільярди "кварцових генераторів".
Власна частота коливань "Кварцового" Резонатора залежить від геометричних розмірів і форми, власне, шматка п’єзоєлектрика котрий використовується. І, тому, само собою, сильно залежить від умов "довкілля".
Від температури, атмосферного тиску, вологості. Усі ці напасті змінюють ГЕОМЕТРІЮ тіла "кварцу" і, як наслідок, - його "резонансну частоту".
Інженери порівняно легко вирішили ці проблеми.
Навчилися враховувати температуру, тиск і вологість (компенсовані кварцові осцилятори), або в особливих випадках забезпеченням стабільних зовнішніх умов, - стабілізацією температури, тиску, вологості (стабілізовані кварцові осцилятори).
Все б було добре!
АЛЕ !
Як би добре не готувався матеріал для резонатора, як би ретельно не виготовлялися самі пластинки.
У них залишається механічна напруга, яка з часом ЗМІНЮЄ резонансні властивості пристрою.
"Кварци" стали «ТРЕНУВАТИ», багаторазово піддаючи нагріванню і охолодженню.
Допомогло.
Характеристики резонаторів стали більше передбачувані. Але, хотілося кращого!
Інженери справедливо припустили, що чим МЕНШЕ розмір резонатора, чим менше в ньому речовини, тим менш він схильний до внутрішніх і зовнішніх змін.
І стали зменшувати розмір пластинок.
Розміри "кварцу" зменшувалися, а характеристики їх ставали усе більш стабільними.
Поки не стали мінімально можливими для того, щоб стабільно працювати в електронних схемах.
Це дозволило створити генератори електричних коливань з неймовірною стабільністю до 12 - 14 знаків .
Але!
Тільки впродовж декількох місяців. Потім поведінка кварцу, все одно, ставала непередбачуваною.
Що робити? Далі зменшувати розміри "робочого тіла" ? Логічно ж !?
Чим менше Атомів в тільці резонатора, тим менше у тільця резонатора можливостей міняти своє "внутрішнє і зовнішнє оформлення".
А яка мінімальна кількість атомів в тілі Резонатора можлива ?
- Правильно …
- ОДИН !
Найкращий "кварц" - "кварц", що складається з ЄДИНОГО атома.
Оцінимо атом, як Механічну Коливальну Систему. Атом - все ще РЕЧОВИНА.
Атом - Механічна Система.
Атом складається з частинок, що РУХАЮТЬСЯ. Тобто має ВЛАСНУ ЧАСТОТУ МЕХАНІЧНИХ КОЛИВАНЬ.
Крім того, атом складається з «РІЗНОЗАРЯДЖЕНИХ» частинок.
При деформації поляризується. Під впливом електричного "поля" - деформується.
Тобто ПРИДАТНИЙ для використання як ГДщоР.
Резонатор з одного атома чудова коливальна система, котра слабо піддається змінам, які пов'язаі з внутрішньою напругою!
АЄОА … )
Як завжди це гидотне "АЛЕ"!...
До самотнього атома НЕ припаяєш провід. Самотній атом не затиснеш між електродами.
Самотній атом НЕ впихнеш в схему генератора.
А,… ХОЧЕТЬСЯ !
І інженери, зрозуміло, викрутилися! Якщо не можна прикрутити дротами атом до електродів …
То ..., можна атом запустити між електродами.
Сказано - зроблено.

Взагалі, для використання як "маятника" в "атомному годиннику" придатний БУДЬ-ЯКИЙ атом.
Але, атом Цезію виявився дуже підходящим.
Інженери зробили спеціальну "атомну цезієву гармату", яка випускає атоми Цезію тонюсінькою цівкою, стискає, і витягує цю цівку до тих пір, поки цівка не розпадається, практично в ланцюжок, що летять один за одним атомів.
Атоми спрямовуються між двома електродами, до яких прикладають змінну напругу.
Змінне електричне поле, що виникає між електродами, впливає на «заряджені» частинки атома Цезію, примушуючи "деренчати", і "штовхатися" в цівці інших таких ж самих атомів.
В результаті такого "брязкоту" пучок атомів "розпушується", "розпухає", в проміжку між електродами, міняється його переріз і форма.
Зрозуміло, що "пухнастість" і характер пучка, форма цівки атомів краще міняється, якщо частота прикладеної напруги СПІВПАДАЄ з Власною частотою коливань атома.
Спеціальний реєструючий пристрій відстежує зміни стану пучка (міру його деформації в просторі між електродами), і формує спеціальний сигнал, який надалі використовується для КОРЕКЦІЇ частоти ХОРОШОГО "КВАРЦОВОГО" ГЕНЕРАТОРА, так, щоб ця частота співпадала з власною частотою механічних коливань атома Цезію.
Ось так, друже мій, ось так НУДНО і НЕ ГЛАМУРНО влаштований "АТОМНИЙ ЦЕЗІЄВИЙ ГОДИННИК"!
Нічого в ньому не "квантує", не "розпадається", і не "клацає по Гейгеру".
"Атомний годинник" - це просто дуже хороший "кварцовий годинник" - генератор електричних імпульсів, в якому використовується ДВА "КВАРЦОВІ" РЕЗОНАТОРИ.
Один, ГОЛОВНИЙ Великий МАКРО-"кварц" використовується власне в схемі генератора безпосередньо.
Другий - набір з сотень тисяч крихітних однакових МІКРО-"кварців", що складаються з ОДНОГО ЄДИНОГО атома Цезію (кожного разу нового) котрі використовуються для стабілізації роботи Великого. Для КОРЕКЦІЇ помилок, які виникають при тривалій експлуатації ГОЛОВНОГО.
Атом цезію все ще великий, і складний.
Подальше вдосконалення "атомного хронометра" йшло за звичною схемою - зменшення розмірів "кварца"-атома.
А який найпростіший і найменший атом?
- Правильно. Це - атом Водню.
Природно найточніший "атомний годинник" роблять з атомів водню.
Стабільність "водневого стандарту частоти, і часу" ще на порядок краще, ніж у цезієвого.
Але, водневий годинник має істотний недолік.
Робоче тіло (запас атомів) доводиться зберігати в спеціальному балоні, а оскільки газ досить швидко витрачається, а балони важкі, тому в мобільних пристроях водневий годинник використовується вкрай рідко.
Ось таке дотепне, неймовірно витончене технічне рішення, що використовує переваги обох "маятників", і долає їх недоліки.
Вийшов чудовий "хронометр", насправді просто генератор електричних імпульсів, що має видатну стабільність. Але, як завжди, за досконалість доводиться ПЛАТИТИ.
Атом - все ще РЕЧОВИНА, і схильна до дії сили "тяжіння".
Тобто, на атоми, що пролітають в трубці Атомного Стабілізатора Частоти, діють і "тяжіння" і "інерція".
Одноатомний "кварц", подарував Генератору "Атомного годинника" небачену стабільність.
Але, зробив "Атомний годинник" чутливим до "гравітації".
"Атомний годинник", на відміну від просто "кварцових", міняє "темп ходу" при перевезеннях на великих швидкостях, або в "невагомості" на орбіті. Але, цю проблему долають загалом нескладним способом.
Після встановлення, і запуску "атомного годинника" на постійне місце перебування, наприклад, в підвалі Метрологічного центру, або на Супутнику GPS. У їх роботу вносять ПОПРАВКИ на місцевий рівень "гравітації".
Гламурна "квантова фізика", намагається приліпити ярлик "квантовий" на усі без виключення творіння Інженерів і Фізиків.
Не уникнув цієї долі і Атомний годинник.
Проте, друзі, тепер ви знаєте, що Атомний годинник "квантовий", не більше, ніж бабусиний "годинник - зозуля".
А, усе це словесне лушпиння - "Квантовий хронометр", "квантовий перехід атома цезію"…
і так далі …
Усе це – ПОНТИ !
Дешеве бадилля, призначене для "розведення кроликів".
Друзі!
Не будьте "кроликами"! Не дозволяйте "квантологам" себе розводити ! ))

#2 Уповноважений

    Козак - перевертень

  • Модератори
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 6456 повідомлень
  • Стать:Чоловік
  • Місто:пекельне болото

Відправлено 06.11.2015 – 23:24

і оце цілу тему окрему треба було для цього відкривати.
гаразд. розкажи мені, яка відстань вимірюється в системі, де електронний не кварцевий генератор - де затримку виконує резистор-конденсатор. чим більший опір - тим довший час потрібен для заряду конденсатора. чим більша ємність - тим більше часу потрібно для заряду конденсатора. коли конденсатор буде заряджений до потрібної напруги - відкриється ключ, і заряд конденсатора вийде з нього, впаде до нуля, і процес почнеться заново. яка відстань вимірюється тут?

а давайте зробимо водяний годинник на цьому принципі. візьмемо ємність типу зливного бачка унітаза - на підвідній шланзі є регулюючий кран, в бачку є регулюючий поплавок. про досягненні заданого рівня в бачку відкривається злив, і вся вода майже миттєво виливається. Залежно від регулювання крана і поплавка, час наповнення бачка різний - а шлях, що проходить вода - завжди однаковий. такі справи.
  • 0

#3 Vinja

    Генеральний писар

  • Користувачі
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 615 повідомлень

Відправлено 07.11.2015 – 00:04

Перегляд дописуХмурий Князь Вітольд (06.11.2015 – 23:24) писав:

і оце цілу тему окрему треба було для цього відкривати.
)) Ага ... треба було трохи похитнути каламарову віру ... ))
  • 0

#4 kalamar

    Старійшина

  • Користувачі
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 3942 повідомлень
  • Стать:Чоловік
  • Місто:Чорнильщина

Відправлено 07.11.2015 – 00:27

Перегляд дописуVinja (07.11.2015 – 00:04) писав:

)) Ага ... треба було трохи похитнути каламарову віру ... ))
Чим?
  • 0

#5 Vinja

    Генеральний писар

  • Користувачі
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 615 повідомлень

Відправлено 07.11.2015 – 00:44

Ну, наприклад :
я впевнений, що ви не зможете пояснити що значить "9 192 631 770 періодів випромінювання атомуцезію-133"
звідки взялася ця цифра ? ЯК і ЧИМ її вимірювали ..? І ЩО так випромінює .. ?
Тому, що просто ПОВІРИЛИ в цей брєд з вікі ...

Повідомлення відредагував Vinja: 07.11.2015 – 00:45

  • 0

#6 Уповноважений

    Козак - перевертень

  • Модератори
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 6456 повідомлень
  • Стать:Чоловік
  • Місто:пекельне болото

Відправлено 07.11.2015 – 08:13

Перегляд дописуVinja (07.11.2015 – 00:44) писав:

Ну, наприклад :
я впевнений, що ви не зможете пояснити що значить "9 192 631 770 періодів випромінювання атомуцезію-133"
звідки взялася ця цифра ? ЯК і ЧИМ її вимірювали ..? І ЩО так випромінює .. ?
Тому, що просто ПОВІРИЛИ в цей брєд з вікі ...
тут ти як Манфред з котами. Манфред настільки дурний, що вважає себе розумнішим за котів, а ти настільки дурний, що вважаєш себе розумнішим за Каламара.
  • 0

#7 Vinja

    Генеральний писар

  • Користувачі
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 615 повідомлень

Відправлено 07.11.2015 – 13:26

Перегляд дописуХмурий Князь Вітольд (07.11.2015 – 08:13) писав:


тут ти як Манфред з котами. Манфред настільки дурний, що вважає себе розумнішим за котів, а ти настільки дурний, що вважаєш себе розумнішим за Каламара.
)) твій ідіотизм навіть порівняти нема з чим ...
  • 0

#8 Уповноважений

    Козак - перевертень

  • Модератори
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 6456 повідомлень
  • Стать:Чоловік
  • Місто:пекельне болото

Відправлено 07.11.2015 – 16:07

Перегляд дописуVinja (07.11.2015 – 13:26) писав:

)) твій ідіотизм навіть порівняти нема з чим ...
все відносно. відносно твого вивернутого світогляду, поняття "ідіотизм" - звучить як похвала.

Повідомлення відредагував Хмурий Князь Вітольд: 07.11.2015 – 16:08

  • 1

#9 Vinja

    Генеральний писар

  • Користувачі
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 615 повідомлень

Відправлено 07.11.2015 – 20:47

Перегляд дописуборн2бі3 (07.11.2015 – 19:02) писав:

... Щоправда наразі він виклав її дещо поверхово, ..
Вам здається ... просто ви не можете задати більш "глибоке" запитання ...
  • 0



Кількість користувачів, що читають цю тему: 1

0 користувачів, 1 гостей, 0 анонімних


Магазин кубиков Рубика Cubes.in.ua