Atom Saati
Posted by admin on October 9th, 2008
Hassas mekanik saatler pahalı ve taşınması zor olduğundan, dönemin ihtiyaçlarına cevap veremez duruma gelmiştir. Böylece, frekansı yapıldığı malzemelere ve çalışma koşullarına bağımlı olan bir osilatör bulmak zorunluluğu doğmuştur. Fizikçiler, atomların enerji düzeyleri arasındaki geçişlerinden yararlanılabileceğini düşünmüşlerdir; periyodu yalnız seçilen atoma bağlı ve dış koşullardan tümüyle bağımsız olan bu geçişler, sonsuz tekrarlanabiliyor ve birbirinin özdeşi oluyordu. Zaman ölçümünde yararlanabilmek için bazı koşullara uyan bir enerji geçişinin bulunması gerekir; bu koşullar, geçişin manyetik alandan etkilenmemesi, ölçümü yapılabilecek bir frekans aralığında olması ve böyle bir geçişi sağlayan yeterince yaygın bir atomun bulunmasıydı. Böylece uluslararası zaman ölçüsü olarak sezyum elementinin 133 numaralı izotopu üzerinde karar kılındı. 1967′den beri saniye, sezyum-133 atomunun taban durumunun iki aşın ince düzeyi arasındaki geçişe tekabül eden ışımanın 9 192 631 770 periyodunun süresi olarak tanımlamıştır. Başka atom veya molekül geçişlerini kullanan ikincil ölçüler de vardır.
Bir atom saati temelde bir kuvarslı saattir, ama kuvars bir başka regülatörle yönlendirilir. Bu regülatörün « sarkacı» ise sezyumun 133 numaralı izotopu veya bir başka atomdur.
Elektronlar atom çekirdeği çevresindeki belirli enerji düzeylerine dağılmış durumdadır. Bunların düzey değiştirebilmesi için, geçiş yapağı iki enerji düzeyi arasındaki farka eşit bir enerji kazanması veya kaybetmesi gerekir. Bu kazanç veya kayba, elektromanyetik ışınımın (görünür ışık, X ışınlan, radyo dalgası, vb) en küçük enerji paketi (kuvantumu) olan bir foton soğutulması veya salınması tekabül eder.
Atom saatinde elektromanyetik ışınım olarak, fotonun frekansı kesin olarak belirlenmiş radyo dalgasından yararlanılır. Sezyum atomunun iki aşın ince düzeyi arasında geçiş yapan elektron, bu arada, enerjisi bu iki düzey arasındaki farka eşit olan bir foton soğurur veya salar.
Atom saatinin foton üreteci bir kuvars regülatör tarafından yönlendirilen radyo dalgalan bireşimleyicisidir. Bireşimleyici sezyum metalinin vakumda buharlaştırılması yoluyla elde edilen sezyum-133 buharı ü-zerine etkir. Radyo ışınımı fotonlarının frekansı, sezyum elektronlarının soğurduğu frekansa olabildiğince yakındır. Bir foton soğurulduktan sonra sezyum atomu bir üst aşın ince düzeye geçer. Atomun manyetik özellikleri soğurma olayının etkisiyle değişikliğe uğrar ve atom bir manyetik alanın içinden geçtiğinde diğer atomlardan farklı bir yöne sapar. Dolayısıyla manyetik alan, her iki enerji düzeyi üzerinde yer alan atomlar arasında bir ayıklama yapar. Bir algılayıcı yalnız bir türden atomları yakalar. Bir düzenleyici, radyo vericisinin frekansını a-yarlar; böylece yakalanan atomların akımı en üst düzeye çıkar. O anda osilatör, atomların birleşmesiyle güçlü bir şekilde ve çok büyük kesinlikle titreşmeye başlar. Sanayi ölçeğinde üretilen bir sezyumlu saat, saniyeyi 100 milyarda bir düzeyindeki bir hata payıyla saptar. Uluslararası zaman ölçüsü olarak kullanılan sezyumlu saatlerin hassasiyeti 100 kat daha fazladır. (300 bin yılda bir saniye).
Kuvarslı Saatler ve Çalışma Prensipleri
Posted by admin on October 9th, 2008
Kuvarslı saatte regülatörün işini küçük bir kuvars parçası görür: kuvarsın piezo-elektrik etkiyle dışarı verdiği alternatif elektrik akımı çok kararlıdır; bu akım dönüştürüldükten sonra çarkların ve ibrelerin hareket ettirilmesinde veya bir sayısal göstergenin etkinleştirilmesi amacıyla kullanılır.
Yirmi yıl içinde sağlanan teknik ilerlemeler ve yapım maliyetlerinin düşürülmesi, kuvarslı saatlerin mekanik saatlerin yerini almasını sağlamış ve zaman ölçüm aletlerini yaygın ve büyük bir tüketim ürünü haline getirmiştir.
Küçük bir kuvars parçası bir mekanik osilatör gibi çalışır ve bir diyapazon gibi titreşir. Titreşiminin frekansı, kuvars parçasının biçimine ve boyutuna bağlıdır. En yaygın kullanılan frekans, 21S=32 768 Hz’dir. Kuvars parçası çoğunlukla diyapazonu anımsatan bir biçimde kesilir. Her iki yüzeyi metalle kaplandıktan sonra parçayı elektriksel, mekanik ve kimyasal etkilerden koruyan metalden bir silindirin içine yerleştirilir.
Kuvars kristalinin titreşim yapabilmesi için, bir elektronik devre tararından üretilen salınındı bir elektrik alanının etkisi altında kalması gerekir. Kuvarsın mekanik titreşimi, yüzeyleri arasında aynı frekansta bir elektrik sinyalinin oluşmasına yol açar (piezoelektrik etki), bu da elektronik osilatörü kuvarsın frekansında titreşim yapar hale getirir. Böylece osilatör kuvarsın salınımı için gerekli olan enerjiyi beslerken, kuvars da osilatörün frekansını istenen değerde kararlı kılar. Bu frekans daha sonra ölçülebilecek bir düzeye indirilir (veya gerekirse büyütülür); bu frekans düzeyi, mesela ibreli kol saatlerinin çoğunda 1 Hz’dir. Bütün elektronik işlevler, mekanik saatteki eşapmanın görevini üstlenen bir silisyum yonga (dtip) içinde gerçekleşir.
Kuvarslı kol saatlerinde sıvı kristalli sayısal göstergeler yaygınlaşmıştır. Sayısal gösterge, çözelti içinde sıvı kristaller oluşturabilen ve bir elektrik alanı altında kaldığında bu sıvı kristalleri aynı hizada sıralanabilen bazı organik maddelerin optik özelliklerine dayanır. Sıvı kristallerin sıralanma düzeni elektrik alanındaki değişimlere bağlı olarak değişir. Elektrik alanındaki değişimler, sıvı kristallerin optik özelliklerini de değiştirir; önceden saydam olan bir ince katman böylece saydamlığım kaybeder ve açık renkli bir fon üzerinde koyu renkli olarak görünür. Elektrik alam kol saatinin elektronik devresinde üretilir. Bu işlemler için harcanan enerji çok azdır; öyle ki kuvarslı bir kol saati aynı pille yıllarca çalışabilir.
Mekanik Saatler ve Tarihi Gelişimi
Posted by admin on October 9th, 2008
mekanik saat
Mekanik saatçiliğin tarihi 700 yıl öncesine dayanır, oysa modern saatçilik ancak 300 yıllık bir geçmişe sahiptir. En küçük kol saatinden kule saatlerine kadar hepsinin mekanizması temelde aynıdır. Enerjinin akış yönünde şu öğeler yer alır:
- bir enerji kaynağı: asılı haldeki bir ağırlık veya sarılmış bir yay (zemberek) veya daha sonraları elektrik motoru;
- eşapman ve regülatör sistemi;
-çarklar: görevleri, eşapmandan çıkan hareketi belirli bir düzeyde öbür öğelere aktarmaktır; -ve gösterge: genellikle bir kadran ve üzerindeki ibrelerden oluşur; bazıları zille donatılmıştır.
Saatçiliğin tarihi eşapmanın tarihinden ayrılamaz. Eşapmanın görevi, salınan ağırlığın veya sarılmış yayın açılmasının sağladığı enerji akısını yönlendirmek ve serbest kalan bu enerjinin akış miktarım denetleyerek akışı düzenli kılmaktır. Eşapmanın çalışması periyodik olarak açılıp kapanan musluğa benzetilebilir: her açılışında hep aynı miktarda küçük bir enerjinin serbest kalmasını sağlar ve bu enerji çarkları etkiyerek ibreleri ilerletir. Bu ardışık açılma ve kapanma hareketlerinin düzeni, eşapman mekanizmasına bağlı bir regülatörle sağlanır. Eşapmanın bir başka görevi de, regülatörün hareketinin sürmesi için gerekli enerjiyi sağlamaktır.
Hollandalı fizikçi Christiaan Huygens XVII. yy’da sarkacın düzenli hareketinden bir regülatör olarak yararlanılabileceğini buldu. Daha sonra sarmal yaylı balanslar ortaya çıktı. Bir çubuk ucuna tutturulmuş ağırlıktan oluşan sarkaç bir eksen çevresinde salınır. Duvar saatlerinin yanı sıra, büyük astronomi saatlerinde de sarkaçtan yararlanılır; bu saatler XLX. yy’ın sonunda 10″6 düzeyinde, yani günde 1/1 000 saniyelik yüksek bir duyarlılığa ulaşmıştı. Sarmal balans ise, ekseni çevresinde bir yayı sıkıştırarak veya açarak dönen bir çarktır. Çarkın konumu ne olursa olsun hareket aynen tekrarlanır, dolayısıyla bu sistem kol saatlerinde ve denizci kronometrelerinde kullanılır.
Regülatör, her türlü saatin en önemli parçasıdır, çünkü aygıtın duyarlılığı ona bağlıdır. Saatin çalışma ritminin düzenlenmesi, zamanın ölçümü yapılacak eşit parçalara ayrılması işi hep regülatör tarafından gerçekleştirilir. Dış koşullar ne olursa olsun etkilenmemesi sağlanan (sıcaklık, yay gücü, çarkların direnci, vb) ritimdeki bu eşitlik, saatçiliğin en büyük başarılarından biri olmuştur.
Saat Çeşitleri ve Tarihi Gelişimi
Posted by admin on October 9th, 2008
Zamanı ölçebilmek için her şeyden önce iyi tanımlanmış düzenli ve periyodik bir olguyu temel almak gerekir; bu olgu doğal bir olay olabileceği gibi, mekanik veya elektrikli bir alet de olabilir. Ayrıca zamanı ölçecek kişinin de ölçümün başlangıcı ile sonunu belirlemesi, yani süresini saptaması gerekir. Güneş’in başucu noktasından ardı ardına iki kere geçişi, delikli bir kap içindeki bir akışkanın tükeninceye kadar akması, bir sarkacın gidip gelmesi, bir kuvarsın titreşimi, indüklenmiş bir manyetik alanın salınımı, atom saatinde olduğu gibi bir atomun iki enerji düzeyi arasındaki geçişi… bütün bu olaylar, zamanı ölçmede kullanılmıştır. Bu seçim yapıldıktan sonra ikinci aşama, olayı sürdürmektir; bu da genellikle bir enerji kaynağı ve beslenecek enerji miktarını denetleyen bir mekanizmanın kullanılmasını zorunlu kılar.
Daha sonra sistemin tekrarını, yani periyodik hareketlerini saymak ve bu bilgiyi kullanıcıya görünür veya işitilir bir biçimde ulaştırmak gerekir. Elbette bütün bu işlemler, sonucun zamandan bağımsız bir ölçü sistemiyle karşılaştırılabilmesi durumunda anlamlıdır.
Günümüzde her biri farklı bir kullanım alanında uygulanan birçok değişik sistemden yararlanılmaktadır. Çok eski bir geçmişi olan geleneksel mekanik saatler hâlâ yaygın olarak kullanılmaktadır. Son derece ucuz ve güvenilir olan kuvarslı saatler on yıl içinde tüm dünyaya yayılmıştır. Temelde birer laboratuvar aleti olan atom saatleriyse, saniyeyi astronomi gözlemevlerinden çok daha büyük bir duyarlılıkla saptayarak, zamanı en iyi ölçülen fiziksel büyüklük durumuna getirmiştir.
