Question

Почему кварцевые часы такие точные?

Answer 1

"Точность часов" в переводе на язык физики - это стабильность частоты колебаний, что вполне понятно. Что бы ни колебалась - маятник, балансир на пружинке, квацевая пластика... - чем стабильнее частота колебаний, тем точнее ход часов.

Стабильность чпстоты, в свою очередь, зависит от такого параметра колебательной системы, как добротность. Она равна отношению энергии, запасной в колеблющейся системе, к энергии потерь за период. Потери ведь всегда есть - на трение хотя бы, или, в колебательном контуре, на нагрев проводника и на излучение, так что добротность не бесконечно велика.

Численно добротность равна отношению времени, за которое амплитуда колебаний падает в е раз, к периоду колебаний.

Но в механических системах она очень велика. Десятки и сотни тысяч, иногда миллионы. Для примера можно взять камертон или колокол. Звук камертона, колокола длится несколько секунд после удара, а частота колебаний - сотни герц (440 для камертона), так что пока его громкость упадет в е раз, пройдет много тысяч периодов.

Вот с кварцевой пластинкой ровно это. Её добротность как колебательной системы чрезвычайно высока, а значит, чрезвычайно высока и стабильность частоты колебаний. Что и тебуется.

Answer 2

В отличии от часов с контуром на конденсаторе, кварцевые электронные часы лишены недостатков присущих конденсатору - изменению ёмкости с течением времени и при изменениях температуры окружающей среды и "разбросу" ёмкости в пределах допуска, что требует корректировки не всегда проводимой производителем.

В отличии от механических часов кварцевые выигрывают, но только в своем классе точности, так механический хронометр будет гораздо точнее кварцевых часов массового производства, тогда как кварцевый хронометр, может оказаться точнее механического.

Точность электронных часов с пьезоэлектрическим колебательным контуром зависит от чистоты материала керамической пластины используемой в качестве колебательного контура и точности инженерного расчета электронной части обеспечивающей оптимальную работу контура и пересчет его колебаний в секунды, минуты и часы.

Answer 3

Механизм кварцевых часов не зависит от перепада температур, состояния заводной пружины и деталей часов. В его основе пластинка кварца, представляющая собой электромеханическую колебательную систему. Импульсы, посылаемые ею имеют постоянную частоту, поэтому погрешность очень маленькая (примерно 20 секунд в месяц). Да и то это зависит от батарейки, которую нужно вовремя поменять. Кварцевые часы также не боятся ударов, т.к. в них нет деталей, которые легко ломаются.

Answer 4

В любой автоколебательной системе стабильность частоты определяется добротностью резонатора, входящего в состав системы. Для механических часов добротность пружины составляет максимум 500, как и для любых механических систем. Значит, за 500 секунд они могут уйти на 1 секунду. Или за сутки (24*3600 = 86400 с) - на 84600/500 = 173 с = 3 мин. А вот у кварцевого резонатора добротность - уже до 1Е6, и, значит, часы с кварцевым резонатором имеют право уходить за сутки на 84600/1000000 = 0,1 с.