Anda melihat jam tangan Anda. Anda tidak berpikir tentang fisika. Anda hanya ingin tahu apakah Anda terlambat. Namun, jika kuarsa di dalamnya tidak berfungsi, Anda akan terlambat. Jika layar mati, Anda tidak akan mengetahuinya sampai Anda memeriksa waktu.
Kuarsa dan kristal cair bahkan tidak berada dalam keadaan yang sama. Namun, ini adalah tulang punggung jam tangan digital. Tanpa ini, jam tangan biasa hanya akan menjadi sebuah gelang.
Apa sebenarnya kuarsa itu?
Kristal ada dimana-mana. Kuarsa adalah salah satu mineral paling melimpah di bumi. Para ilmuwan menyebutnya silikon dioksida. Hal ini juga bisa dilihat pada perhiasan. Anda melihatnya di amplas. Anda juga melihatnya di dalam ponsel dan TV Anda.
Rahasianya adalah piezoelektrik.
Ketika Anda menekan kristal, itu menciptakan muatan listrik. Masukkan muatan listrik ke dalamnya, dan ia bergetar. Efek piezoelektrik terbalik inilah yang menyebabkan kuarsa sangat cocok untuk ketepatan waktu. Dibutuhkan sedikit tenaga untuk terus bergerak.
Mengapa jam tangan digital memerlukan layar kristal cair?
Kristal cair berbeda. Mereka bukanlah suatu substansi tunggal. Mereka pertama kali ditemukan pada abad ke-19. Para ilmuwan sedang mempelajari kolesterol. Mereka menemukan keadaan materi yang keempat.
Molekul berbentuk batang atau pelat. Mereka mengalir seperti cairan. Tapi mereka menjaga keselarasan dan ketertiban padatan. Ketika cahaya melewatinya, sifat optiknya berubah. Ini membuatnya ideal untuk dipajang.
Jam tangan pertama dengan layar LCD dirilis pada tahun 1973. Sejak itu, layar LCD telah menggantikan komputer dan televisi. Nomor ditampilkan di layar LCD jam tangan.
Bagaimana kuarsa menunjukkan waktu?
Jam tangan kuarsa digital memiliki lima bagian utama. Diperlukan mekanisme pengaturan waktu. Anda membutuhkan tampilan. Anda memerlukan sirkuit terpadu. Anda membutuhkan baterai. Anda membutuhkan papan sirkuit.
Ini bukan jam tangan mekanis. Jam tangan mekanis harus diputar. Mereka menggunakan roda gigi. Mereka tidak menggunakan kuarsa. Roda gigi juga digunakan pada jam analog. Mereka biasanya tidak menggunakan kristal cair. Jam tangan kuarsa digital menggunakan keduanya.
Kuarsa adalah pencatat waktu. Seiko memperkenalkan ini pada jam tangan mereka pada tahun 1969 dan dengan cepat menjadi standar.
Akurasinya tinggi. Waktu yang ditampilkan mungkin berbeda beberapa detik per bulan. Mengapa? Hal ini dikarenakan kuarsa mempunyai frekuensi getaran yang sangat tinggi. Ini adalah piezoelektrik, sehingga menggunakan sedikit daya. Satu baterai alkaline dapat bertahan selama beberapa tahun.
Baterai mentransfer sejumlah kecil muatan listrik ke sirkuit terpadu. Rangkaian ini dihubungkan ke osilator kristal melalui elektroda kecil. Arus menyebabkan kristal bergetar.
Getaran distandarisasi. Osilator jam tangan kuarsa bergetar 32.768 kali per detik. Ini adalah 32,768 kilohertz. Sirkuit terpadu menghitung getaran ini. Ini mengukur interval. Detik. Menit. waktu.
Pada setiap interval, rangkaian mengirimkan pulsa listrik. Kemana perginya denyut nadi? Ke layar kristal cair.
Realitas penyimpangan
Industri menstandarkan getaran. Tapi kenyataannya berantakan. Osilator bergetar sedikit lebih besar atau lebih kecil. Itu tergantung pada suhu. Itu tergantung pada tekanannya.
Jam tangan ini cukup akurat untuk penggunaan sehari-hari. Namun penyimpangannya semakin bertambah. Setiap bulan Anda bisa kehilangan beberapa detik. Itu tidak sempurna. Tapi itu cukup baik untuk mengantarkan Anda ke janji temu berikutnya.
Cara kerja layar
Pulsa dari sirkuit terpadu mengenai layar kristal cair. Kristal cair mengubah susunannya. Mereka menghalangi atau membiarkan cahaya masuk. Ini menciptakan angka-angka yang muncul pada tampilan jam.
Prosesnya diam. Ini efisien. Hal ini didasarkan pada tarian aneh antara kristal yang bergetar dan cairan yang mengalir.
Anda memeriksa jam tangan Anda. Sebuah nomor akan ditampilkan. Anda harus pergi. Anda tidak akan pernah memikirkan turunan silika atau kolesterol lagi. Hingga baterainya habis. Atau layar menjadi gelap. Lalu kamu ingat.
Tekniknya sederhana. Fisika itu rumit. Hasilnya hanyalah angka.
Kuarsa merekam momen-momen kecil yang tidak dapat dilihat oleh manusia. Kristal cair mengubah ritme tak terlihat ini menjadi sesuatu yang bisa kita baca. Salah satunya adalah mengukur waktu. Yang lain menunjukkannya. Bersama-sama, ini memastikan jadwal Anda tetap utuh.
Putaran Kristal Cair
Layar LCD berjarak aneh. Ini tidak terlalu tahan lama. Cairannya lebih sedikit. Sifat optiknya menjadikannya ideal untuk tampilan twisted nematic (TN), yang merupakan standar untuk sebagian besar jam tangan digital.
Di dalam layar ini, molekul-molekul tersusun dalam spiral yang bengkok. Anggap saja mereka sebagai pembuka botol kecil. Menerapkan pulsa listrik (kekuatan eksternal) memutus ikatan ini. Perubahan fisik ini mengubah cara cahaya merambat.
Antara cahaya dan listrik
Layar LCD pada dasarnya adalah sandwich. Ini memiliki dua potong kaca. Keduanya menghantarkan listrik. Di antara mereka terdapat bahan kimia kristal cair.
Ini adalah bagian yang sulit. Setiap pelat memiliki filter polarisasi. Filter diorientasikan pada sudut 90 derajat satu sama lain. Biasanya, molekul kristal cair sejajar dengan filter ini. Cahaya sekitar dipantulkan dari cermin di bawah. Hasilnya? Latar belakang reflektif perak. Inilah sebabnya tampilan jam terlihat metalik dalam gelap.
Namun jika diberi muatan listrik, molekulnya akan berubah. Mereka berjalan tegak lurus terhadap filter. Filter menyerap semua cahaya. Sel menjadi hitam.
“Saat Anda menambahkan muatan ke layar kristal cair, molekulnya mengubah orientasinya… meninggalkan sel-sel hitam di layar.”
Hitung detiknya
Sirkuit terpadu menangani pekerjaan berat. Ia menerima data waktu dari osilator kuarsa. Rangkaian ini mengirimkan pulsa listrik secara berkala seperti setiap detik, menit atau jam.
Pulsa ini memberi tahu layar LCD bagian mana yang harus dihidupkan atau dimatikan. Layarnya terbagi menjadi beberapa bagian. Kebanyakan digit menggunakan tata letak tujuh segmen. Ini menampilkan angka 0-9. Jika Anda mengubah satu segmen, tiga menjadi dua. Lima menjadi enam.
Beberapa tampilan menggunakan bagian 14-segmen. Ini memiliki lebih banyak sel. Mereka bisa menunjukkan huruf, bukan hanya angka. Namun, jika menyangkut waktu, model tujuh segmen lebih unggul. Dengan cara ini Anda dapat membaca 12:15 pada satu detik dan 12:16 pada detik berikutnya.
Kemitraan yang tidak terduga
Kuarsa dan kristal cair pada dasarnya adalah bahan yang berbeda. Tujuan mereka sangat berbeda. Kuarsa berosilasi. Kristal cair menghalangi atau mentransmisikan cahaya.
Namun tanpa kemitraan ini kita akan tersesat. Kuarsa memberikan detak jantung. Kristal cair menyediakan wajah. Tanpa salah satunya, yang lain hanyalah kotak centang atau layar kosong.
