Kellades kasutatavad mineraalid

Välja arvatud erinevad vääriskivid (looduslikud ja sünteetilised), mida sageli kasutatakse kellade kaunistamiseks esteetilistel põhjustel, ega nende korpuste ja komponentide valmistamisel kasutatud metall, mõned mineraalid (määratletud kui üsna täpselt määratletud keemilise koostisega tahked keemilised ühendid ja spetsiifiline kristallstruktuur, mis esineb looduslikult puhtal kujul) ilmuvad ka kellade konstruktsioonis.

KORUND (RUBIIN JA SAFIIR): Korund

Alloleval fotol on kujutatud Miyota (Citizen) 8N33 (17 juveeli) käsitsi liigutamist 2021. aasta mudeli Marloe ‘Coniston – Steel’ kellas.

  03721920016515856254152.jpg Miyota 8N33 mehaaniline kellamehhanism 17 juveeliga
Põhimõtteliselt toimivad kellamehhanismide sees olevad rubiinid kuullaagritena ja kõrvaldavad hõõrdumise. Kui mõned kellad kasutavad kellamehhanismi teatud osades kõrgtehnoloogilisi keraamilisi kuullaagreid, siis enamik kellade mehaanilisi liigutusi kasutavad sünteetilisi vääriskive, peamiselt rubiine, kuigi mõned kaubamärgid kasutavad õlitamist vajavate metalllaagrite asemel laagritena safiire. Need sünteetilised kalliskivid välistavad õlitamise vajaduse ja vähendavad oluliselt liikuvate osade hõõrdumist ja kulumist, pikendades liigutuste eluiga. Mõnikord on need nähtavad läbipaistva safiirist korpuse või luustiku liikumise kaudu, kus nii palju metalli on eemaldatud, et võimaldada suurepäraste mehhanismide vaatamist. Rubiin- või safiirlaagritel on kellasseppadele ka muid lisaeeliseid. Kuna need taluvad temperatuurimuutusi ilma igasuguse reaktsioonita (erinevalt metalllaagritest), pakuvad need suuremat stabiilsust. Sünteetilised rubiinid ja safiirid valmistatakse tavaliselt alumiiniumist ja kroomoksiidist, mida kuumutatakse, sulatatakse ja kristalliseeritakse. Kuna need on sünteetilised, ei ole need nii väärtuslikud kui ehtsad (st looduslikud) rubiinid või safiirid, mistõttu on nende kasutamine taskukohasem, mis on eriti oluline, kuna kella liigutusi võib olla mõnest kümneni.

Foto ühest sünteetilisest rubiinist kellast, millel on kalliskivi.

  02218080016515778524152.jpg Sünteetilisest rubiinist käekellaga ehe

Allolev illustratsioon on ristlõige mehaanilise käekella tüüpilisest juveelilaagrist, mis koosneb 'augujuveelist' (alumine) ja 'peakivist' (ülemine), mida mõnikord nimetatakse 'otsaks'. Laager on jaotatud läbi telje. Seda tüüpi laagreid kasutatakse kellades, kus hõõrdumine on kriitiline, näiteks tasakaalustusratta pöördetel. Pöördtapi auk on kergelt kumer (liivakellakujuline), nii et kui pöördepunkt ei ole täpselt vertikaalne, ei jää see auku kinni. Alumise ehte pind on samuti kergelt kumer, hoides kapillaaride külgetõmbe mõjul ehete vahel, kontaktis pöördepunktiga, tilka õli (kollast). Juveelid on pressitud liigutuse tugiplaatide aukudesse (hallid).

  07400380016515756504152.jpg Tüüpiline mehaaniline kellajuveeli ristlõikega laager
Iga laager paneb kellas olevad käigud sujuvalt pöörlema. Juveelide kasutamise idee liikumises võeti kasutusele üle 300 aasta tagasi, kuid see on tänapäeval tavaline. Aastaid tagasi valmistati kellajuveele tõelistest vääriskividest, nagu rubiin, ja enne seda kasutasid tootjad selles protsessis KLAASI, KVARTSI või GRAANAATIT. Juveellaagrid leiutasid 1704. aastal kellades kasutamiseks Nicolas Fatio de Duillier, Peter Debaufre ja Jacob Debaufre, kes said ideele Inglismaa patendi. Algselt kasutati looduslikke ehteid, nagu TEEMANT, RUBÜN, SAFIIR ja ka GRAANAAT. Kuid 1902. aastal kuulutas prantsuse keemik Auguste Verneuil välja sünteetilise rubiini ja safiiri (kristalliline alumiiniumoksiid) kaubandusliku tootmise protsessi, muutes juveellaagrid palju odavamaks. Korundi sünteesis esmakordselt 1837. aastal prantsuse keemik Marc Gaudin, kes valmistas esimesed sünteetilised rubiinid, sulatades kõrgel temperatuuril kaaliumaluma ja pigmendina vähese kroomi. Seejärel, aastal 1847, valmistas prantsuse keemik Jacques-Joseph Ébelmen valge safiiri, sulatades alumiiniumoksiidi boorhappes. 30 aastat hiljem, 1877. aastal valmistas prantsuse keemik Edmond Frémy koostöös tööstusliku klaasitootja Charles Feiliga kristallkorundi, millest sai lõigata väikseid kive. 1887. aastal arendasid ja valmistasid Fremy ja Verneuil tehisrubiini sulatamise teel BaF kaks ja Et kaks O 3 vähese kroomiga punasel kuumusel. TÄNAPÄEVAL ON ENAMIK JUVEELIDEGA LAAGRID SÜNTEETILINE RUBIIN VÕI SAFIIR.

Foto, millel on väike valik erinevaid sünteetilisi rubiin- ja safiirlaagreid.

  03185120016515784134152.jpg Sünteetilised rubiinlaagrid ja safiirlaagrid
Ajalooliselt valmistati juveeli pöördeid teemantabrasiivi abil lihvimise teel. Kaasaegsed juveeli pöörded valmistatakse sageli suure võimsusega laserite, keemilise söövitamise ja ultraheli freesimise abil. Laskumata liiga palju detailidesse, et asjad oleksid üsna lihtsad, on kella laagritel neli erinevat tüüpi, mida võib tänapäevastes mehhanismides leida: nurgakivi, auk, kaubaalus ja rull-juveelid. Enamikul kellamehhanismidel on 17 juveeli ja sel hetkel võib kella lugeda juba täielikult ehteks. Kuid rusikareegel on, et mida rohkem on liigutusel komplikatsioone, seda rohkem peaks sellel olema juveele. Tüsistus on kella mis tahes funktsioon peale kellaaja kuvamise. Tüsistused võivad ulatuda väga lihtsatest ja tavalistest kuni üliharuldaste kõrge horoloogiaga teosteni, mis ühendavad mitmeid funktsioone ja mille loomine võib võtta aastaid. Need hõlmavad selliseid asju nagu kuupäeva tüsistused, kronograafi komplikatsioonid, kahe ajavööndi (reisimise) komplikatsioonid, turbillon, kuufaas ja muud. Märkimist vääriv punkt on see, et maailma kõige keerulisemal kellal Vacheron Constantin referents 57260, millel on 2826 üksikkomponenti ja kokku 57 komplikatsiooni, on 242 juveeli!

See foto näitab liikumist ainulaadses Vacheron Constantini taskukella viitega 57260, mida tuntakse ka 'Tivoli' nime all.

  06901220016515838554152.jpg Maailma kõige keerulisem kellamehhanism

See foto on Vacheron Constantini viitenumbri 57260 mõlemast küljest.

  05602780016515838568303.jpg Vacheron Constantin 'Tivoli' mõlemal küljel

Alloleval fotol on Briti disainitud Christopher Ward 'Sealander Automatic' [C63], taskukohase kvaliteediga käekell Šveitsi Sellita SW200-1 (26 rubiinist juveeli) automaatse liigutusega, mida saab vaadata läbi safiirist vitriinkorpuse ja üliloetava korpuse. must numbrilaud, mis kuvatakse läbi kriimustuskindla peegeldusvastase safiirkristalli.

  07632650016515801534152.jpg Safiirist kristallist nägu taskukohasel kellal
Safiirkristall, kõva, läbipaistev ja stabiilne, on läbi aegade olnud de facto materjal läbipaistvate esi- ja tagakristallide jaoks kvaliteetsetes ajanäitajates. Safiirkellakristallid on nn, kuna nende valmistamisel kasutatakse sama tehnikat, mida kasutatakse tööstuslikult loodud vääriskivide valmistamisel. Tänapäeval, uute tehnoloogiate ja odavamate tootmisprotsessidega, on safiir kellakristallide valmistamisel üsna tavaline materjal akrüüli (peamiselt plasti erivorm, muidu tuntud kui hesalite, perspex või pleksiklaas) ja mineraalklaasi kõrval. loodud ränidioksiidist ja mõnikord tuntud kui 'Hardlex'). Kuigi akrüül on väga taskukohane, muudab selle pehmus selle kriimustustele väga vastuvõtlikuks; kuigi on oma paindlikkuse tõttu üllatavalt vastupidav löökidele. Kergeid kriimustusi on aga poleerimisega üsna lihtne eemaldada. Mineraalklaas on peaaegu identne aknaklaasides leiduva tavalise 'klaasiga' ja seetõttu on sellel sarnased omadused. Odav valmistada, see on kriimustuskindlam kui akrüül ja üsna löögikindel, kuid see võib löögi korral puruneda ja on palju vähem kriimustuskindel kui safiir. Teisest küljest kaitseb safiirkristall väga hästi kriimustuste vastu ja sellel on suurem visuaalne selgus, kuigi see on tugevate löökide korral mõnevõrra vastuvõtlik purunemisele.

Võrdlusfoto, millel on kolm peamist kella esikülje kristalli tüüpi.

  08051170016515805924152.jpg Levinud läbipaistvad kellaplaadi materjalid

KVARTS: Kvarts

Kvartsmehhanismiga kellad kasutavad aja hoidmiseks elektroonilist ostsillaatorit, mida reguleerib kvartskristall. See kristallostsillaator loob väga täpse sagedusega signaali, nii et kvartskellad on vähemalt suurusjärgu võrra täpsemad kui mehaanilised kellad. Lihtne viis kvartsi mehaanilisest liikumisest eristada on sekundiosuti vaatamine. Kvartskella puhul on sekundiosutil tikk-tiks-liikumine, mis liigub üks kord sekundis, samas kui mehaanilistel kelladel on tavaliselt sujuv, pühkiv sekundiline liikumine. Paljud inimesed on lummatud automaatkellade laiaulatuslikust second-osdist. Kui kvartskella sekundiosuti liigub üks kord sekundis, siis mehaanilise kella sekundiosuti liigub mitu korda sekundis, luues illusiooni pühkivast liikumisest.

Alloleval fotol on ISA K63 madala hinnaga kvartskäekella põhiseade. ISA on Hiina kvartskellade tootja, mis asub Hongkongis ja mille tehased asuvad Hiinas, Hongkongis ja Šveitsis. Liikumise all paremal on kvartskristallostsillaator ja vasakpoolses allosas nupuelemendiga kella aku. Paremal ülaosas on ostsillaatori loendur ja vasakus ülanurgas samm-mootori mähis, mis toidab kella osutit.

  00523160016515813204152.jpg Soodne kvartsliikumine odavate komponentidega

Allpool on näidatud esmaklassilisem toode, Longines L263.2 (7 juveeli) kvartsmehhanism, mis ise on Longinesi modifitseeritud ETA 955.412 seade. Visuaalselt üsna sarnane kvartsliigendiga, hinnaerinevus peegeldab kasutatud komponentide kvaliteeti.

  00369740016515863306153.jpg Kvaliteetsete komponentidega esmaklassiline kvartsmehhanism
Keemiliselt on kvarts ühendi, mida nimetatakse silikoondioksiidiks ( SiO2 ). Paljudest materjalidest saab moodustada plaate, mis resoneerivad. Kvarts on aga ka piesoelektriline materjal: see tähendab, et kui kvartskristall on allutatud mehaanilisele pingele, näiteks paindumisele, akumuleerib see elektrilaenguid mõne tasandi vahel. Kvartsi piesoelektrilised omadused avastasid prantsuse füüsikud Jacques ja Pierre Curie 1880. aastal. Seejärel abiellus Pierre poola füüsiku/keemiku Marie Salomea Skłodowskaga (Marie Curie) ja 1903. aastal sai ta koos tema ja prantsuse inseneriga Nobeli füüsikaauhinna. /füüsik Henri Becquerel nende töö eest radioaktiivsuse vallas. Kvartsil on veel üks eelis, kuna selle suurus ei muutu temperatuuri kõikumisel palju. Seetõttu jääb kvartskell temperatuuri muutudes suhteliselt täpseks. Kristalli võnkesagedus sõltub selle kujust, suurusest ja kristalli tasapinnast, millele kvarts lõigatakse. Elektroodide paigutamise positsioonid võivad samuti häälestust pisut muuta. Kui kristall on täpselt kujundatud ja paigutatud, võngub see soovitud sagedusega. Peaaegu kõigis kvartskellades on sagedus 32768 Hz ja kristall on teatud kristallitasandil lõigatud väikese häälekahvli kujuga. See sagedus on täpselt piisavalt kõrge, et ületada inimese kuulmisulatust, kuid samas piisavalt madal, et hoida elektrienergia tarbimist tagasihoidlikul tasemel ja võimaldada odavatel loenduritel tuletada 1-sekundilist impulssi, et aega hoida.

Allpool on lähivõtted eemaldatud korpusega kvartskristallostsillaatorist. See on moodustatud häälehargi kujul.

  07421400016515819464152.jpg Häälestushargi kujuline kvartskristallostsillaator
Pärast kvartsi piesoelektriliste omaduste avastamist 19. sajandi lõpus leiutati 1912. aastal vaakumtoru ostsillaator. Briti füüsik William Eccles kasutas 1919. aastal esmakordselt elektrilist ostsillaatorit häälekahvli liikumise toetamiseks; tema saavutus eemaldas suure osa mehaaniliste seadmetega seotud summutusest ja maksimeeris vibratsiooni sageduse stabiilsust. Esimese kvartskristallostsillaatori ehitas Ameerika füüsik ja elektriinsener Walter G. Cady 1921. aastal. Hiljem, 1923. aastal, inglise füüsik D. W. Dye Ühendkuningriigi riiklikus füüsikalaboris ja Kanada insener Warren A. Marrison Bell Telephone Laboratories'is. Ameerika Ühendriigid valmistasid kvartsostsillaatoritega täpseid ajasignaale. 1927. aasta oktoobris kirjeldas ja ehitas Warren A. Marrison Bell Telephone Laboratories koos Ameerika leiutaja Joseph W. Hortoniga esimest kvartskella. 1927. aasta kell kasutas elektriga stimuleeritud kristallplokki impulsside tekitamiseks sagedusega 50 000 tsüklit sekundis. Seejärel jagas mitme juhitava sageduse generaator selle kasutatavaks regulaarseks impulsiks, mis käivitas sünkroonmootori. 1937. aastal töötas Jaapani elektroonikauurija/insener Issac Koga välja Jaapani esimese kvartskella. Kasutades tavapärase pendli või tasakaaluratta asemel kvartsostsillaatori täpset vibratsioonisagedust aja mõõtmise standardina, suurenes ajanäitajate täpsus järsult.

Maailmakuulus Jaapani kellade, kellade, elektroonikaseadmete, pooljuhtide, ehete ja optikatoodete tootja Seiko võttis ette kvartskellade miniaturiseerimise ja praktilise rakendamise. 1958. aastal töötasid nad välja ringhäälingujaamades kasutamiseks mõeldud kvartskella, mis võeti kasutusele 1959. aastal, kuid see oli umbes suure kapi suurune. Kvartskella loomiseks peaks Seikol selle kella suuruse vähendama 1/300 000-ni. Samal aastal viis Seiko läbi uurimisprojekti erinevat tüüpi ajanäitajatele, nagu tasakaalustusrattad, häälekahvlid ja kvartsmehhanismid. Ehkki näiliselt kõige raskemini arendatav, otsustas Seiko, et kõige täpsemad kvartskellad on tulevikutehnoloogia, ja koondas oma jõupingutused selles suunas. 1960. aastal otsustas Seiko saada 1964. aasta Tokyo olümpiamängude ametlikuks taimeriks ja asus tõsiselt välja töötama olümpiamängudel kasutamiseks mõeldud lauakvartstaimerit. Esimene lauakella mudel valmis 1962. aastal. Seiko jätkas täiustamist ja 1964. aastal tõi nad turule kristallkronomeetri, mida kasutati Tokyo olümpiamängude peamise kellana. Seiko valmis taskukella prototüübid 1966. aastal ja käekella prototüübid 1967. aastal. Peagi kehtestati poliitika kommertsialiseerimise saavutamiseks enne kümnendi lõppu ja areng kiirenes kiiresti.

Alloleval fotol on originaalne Astroni käekell, ametlikult tuntud kui Seiko Quartz-Astron 35SQ.

  01501040016515819488303.jpg Esimene kvartsist käekella mudel turul
Kuigi kvartsmehhanismid on praegu populaarsed, ei muutnud kvartsmehhanismid kellatööstust koheselt, kuid Seiko oli esimene kaubamärk, mis tõi turule kvartskella. Jaapani piiratud väljaanne Seiko Astron ilmus 25. detsembril 1969 Tokyos. See polnud mitte ainult maailma esimene kvartskell, vaid sellel oli ka kullast korpus. Kuigi seda dokumenteeriti kogu maailmas ja samal ajal, kui hakati looma muid kvartsi liikumisi, kulus mõnel kaubamärgil oma versiooni täiustamiseks paar aastat. Järelikult oli Astron vallandanud nn kvartsikriisi, sündmuse, mis oma kõrgeimas punktis hävitas üle 1000 kellabrändi, millest paljud olid seisnud aastakümneid. Aastatel 1970–1983 langes Šveitsi kellasseppade arv 1600-lt 600-le ja tööhõive selles sektoris aastatel 1970–1988 90 000-lt 28 000-le. Kuid esimene Seiko Astron ei hävitanud konkurentsi turu üle ujutamisega, vaid hoopis vastupidi. Kuldkelladest valmistati ainult umbes 200, mida müüdi ainult Jaapanis, ja 100 neist müüdi esimesel nädalal hinnaga 432 000 jeeni. See muutis kella umbes sama hinnaga kui tollal Toyota Corolla E10 autol, muutes need väga eksklusiivseks. See, mida kell aga tegi, istutas kvartsikriisis õitsenud seemne!

Kumb on parem, kas mehaaniline või kvartskell, sõltub peamiselt isiklikest eelistustest. Reeglina läheb kvarts täpsuse osas paremaks, kuigi see ei tähenda, et mehaanilised kellad poleks täpsed. Konteksti lisamiseks võib mehaaniline kell kaotada 5–10 sekundit päevas, samas kui kvartskell kaotab tavaliselt umbes 4 sekundit kuus. Kahe liikumise vahelise usaldusväärsuse teguri uurimisel pole selget võitjat, kuigi võib väita, et kvartsi täpsus muudab selle väga töökindlaks. Teisest küljest võib öelda, et mehaanilise kella eluiga teeb sellest usaldusväärse mehhanismi, mida saab põlvest põlve edasi anda. Nõuetekohase hoolduse ja hooldusega peavad mehaanilised kellad vastu palju aastaid, kuid kvartskellad ei ole tegelikult ehitatud nii, et need kestaksid kogu elu, hoolimata sellest, kui hästi seda hooldatakse. Kvartskella akut tuleb samuti vahetada iga 2–5 aasta tagant. Peale selle, kuigi selle minimaalsed liikuvad osad nõuavad, et see vajab vähem hooldust kui mehaaniline kell. Kvartskella hooldamine on suhteliselt odav, kuid mehaanilise kella korralik hooldus on eluaegne kohustus, mis nõuab optimaalse jõudluse tagamiseks regulaarset (ja sageli kulukat) hooldust. Kvartskellade ostmine on algselt soodsam kui mehaanilise liikumisega käekellad. On erandeid, mis põhinevad mitmel teguril, sealhulgas kaubamärgil, kuid üldiselt on mehaaniline kell kallim kui kvartskell, kuna sees olev mehhanism on palju keerulisem. Kvartsi peamine eelis mehaanilise ees seisneb selles, et kvarts on hõlpsasti kättesaadav (see on ju päevakivi järel maakera mandrikoore maapõues kõige levinum mineraal) ja seda on ka lihtne valmistada, mis tähendab, et seda on uskumatult odav toota ja kellad, mis seda ka kasutavad. ei vaja peaaegu ühtegi liikuvat osa. TÄNAPÄEVAL KASVATATAKSE KELLAKVARTSI SÜNTEETILISELT AUTOKLAAVIDES (S. T. TUGEVAD KUUMENDATUD KONTEERID, KASUTATAKSE KEEMILISTES REAKTSIOONIDES JA MUUDES PROTSESSIDES, KAS KASUTAVAD KÕRGSURVE JA TEMPERATUURI), MIS ANNAB PAREMAMA KVVAATPUHUSUSE.

KUIDAS AEG ISE ON?

Huvitaval kombel on aja baasühik, teine, määratletud spetsiifilise tseesium-133 üleminekuga. Alates 1967. aastast on sekundi ametlik määratlus:

'Teine, sümbol s, on SI ajaühik. See määratakse nii, et tseesiumi sageduse ΔvCs, tseesiumi 133 aatomi häirimatu põhioleku hüperpeen üleminekusageduse fikseeritud arvväärtus on 9 192 631 770, kui seda väljendatakse ühikutes Hz, mis on võrdne s-1-ga.

Väärtus valiti nii, et tseesiumisekund võrdus inimese mõõtmisvõime piiriga 1960. aastal, kui see esmakordselt kasutusele võeti, olemasoleva standardse efemeriidi teiseks, mis põhines Maa orbiidil ümber Päikese. Kuna ükski teine ​​aega hõlmav mõõtmine ei olnud nii täpne, oli muudatuse mõju väiksem kui kõigi olemasolevate mõõtmiste eksperimentaalne määramatus. Tseesiumi aatom liigub kiirusega 130 m/s. Tseesiumi ülipeen sagedus (9,19 GHz) on kõrgem kui teistel elementidel, nagu rubiidiumil (6,8 GHz) ja vesinikul (1,4 GHz) ning tseesiumi kõrge sagedus võimaldab täpsemaid mõõtmisi teha.

Tseesium 133 on tseesiumi ainus stabiilne isotoop ja see on aatomkellade jaoks kõige sagedamini valitud element, kuigi rubiidiumi on kasutatud ka kaubanduslikult saadavates aatomkellades. Rubiidium esineb looduslikult mineraalides leutsiidis, pollutsiidis, karnalliitis ja tsinnwaldiidis, mis sisaldavad kuni 1% rubiidiumoksiidi. Lepidoliit sisaldab 0,3–3,5% rubiidiumi ja on selle elemendi kaubanduslik allikas. Mõned kaaliummineraalid ja kaaliumkloriidid sisaldavad ka rubiidiumi elementi kaubanduslikult olulistes kogustes. Kõige tavalisem tseesiumi kaubanduslik allikas on pollutsiit: Saastada , mis sisaldab 5–32% tseesiumoksiidi. Keskkonnas võib leida ka tseesiumi radioaktiivseid vorme (134Cs ja 137Cs). Need tekivad tuuma lõhustumise käigus ja neid kasutatakse tuumareaktorites tekkinud jäätmetest eraldatuna vähiravis.

Esimese tseesiumkella ehitas inglise füüsik Louis Essen 1955. aastal Ühendkuningriigi riiklikus füüsikalaboris ja seda propageeris kogu maailmas Austria füüsik Gernot M.R. Winkler Ameerika Ühendriikide mereväe vaatluskeskusest.