Você olha para o relógio. Você não pensa em física. Você só quer saber se está atrasado. Porém, se o quartzo interno não funcionar, você se atrasará. Se a tela morrer, você não saberá até verificar a hora.
O quartzo e o cristal líquido nem sequer estão no mesmo estado. No entanto, estes são a espinha dorsal dos relógios digitais. Sem estes, um relógio comum seria apenas uma pulseira.
O que exatamente é quartzo?
Os cristais estão por toda parte. O quartzo é um dos minerais mais abundantes do planeta. Os cientistas chamam isso de dióxido de silício. Isso também pode ser visto em joias. Você vê isso na lixa. Você também o vê dentro do seu telefone e da TV.
O segredo é a piezoeletricidade.
Quando você pressiona o cristal, ele cria uma carga elétrica. Coloque uma carga elétrica nele e ele vibra. Este efeito piezoelétrico reverso é o motivo pelo qual o quartzo é tão adequado para cronometragem. Precisa de muito pouca energia para continuar se movendo.
Por que os relógios digitais precisam de uma tela de cristal líquido?
Os cristais líquidos são diferentes. Eles não são uma substância única. Eles foram descobertos pela primeira vez no século XIX. Os cientistas estavam estudando o colesterol. Eles descobriram o quarto estado da matéria.
As moléculas têm formato de bastão ou placa. Eles fluem como um líquido. Mas eles mantêm o alinhamento e a ordem dos sólidos. Quando a luz passa através deles, suas propriedades ópticas mudam. Isso os torna ideais para displays.
O primeiro relógio com tela LCD foi lançado em 1973. Desde então, as telas LCD substituíram computadores e televisões. Os números são exibidos na tela LCD do relógio.
Como o quartzo indica as horas?
Um relógio digital de quartzo tem cinco partes principais. É necessário um mecanismo de temporização. Você precisa de um display. Você precisa de um circuito integrado. Você precisa de uma bateria. Você precisa de uma placa de circuito.
Este não é um relógio mecânico. Os relógios mecânicos devem ter corda. Eles usam engrenagens. Eles não usam quartzo. As engrenagens também são usadas em relógios analógicos. Eles geralmente não usam cristais líquidos. Os relógios digitais de quartzo usam ambos.
Quartzo é um cronometrista. A Seiko introduziu isso em seus relógios em 1969 e rapidamente se tornou o padrão.
A precisão é alta. O tempo exibido pode variar alguns segundos por mês. Por que? Isso ocorre porque o quartzo tem uma frequência vibracional muito alta. É piezoelétrico, por isso consome pouca energia. Uma única bateria alcalina pode durar vários anos.
A bateria transfere uma pequena quantidade de carga elétrica para o circuito integrado. Este circuito é conectado ao oscilador de cristal por meio de pequenos eletrodos. A corrente faz o cristal vibrar.
As vibrações são padronizadas. Observe os osciladores de quartzo vibrarem 32.768 vezes por segundo. São 32,768 quilohertz. O circuito integrado conta essas vibrações. Ele mede os intervalos. Segundos. Minutos. tempo.
A cada intervalo, o circuito envia um pulso elétrico. Para onde vai o pulso? Para o display de cristal líquido.
A realidade do desvio
A indústria padroniza a vibração. Mas a realidade é confusa. O oscilador vibra um pouco mais ou um pouco menos. Depende da temperatura. Depende da pressão.
Este relógio é preciso o suficiente para o uso diário. Mas os desvios se somam. Todo mês você pode perder alguns segundos. Não é perfeito. Mas é bom o suficiente para levá-lo ao próximo compromisso.
Como a tela funciona
Os pulsos do circuito integrado atingem o display de cristal líquido. Os cristais líquidos mudam seu arranjo. Eles bloqueiam ou deixam a luz passar. Isso cria os números que aparecem no mostrador do relógio.
O processo é silencioso. É eficiente. É baseado em uma estranha dança entre cristais vibrantes e líquidos fluindo.
Você verifica seu relógio. Um número será exibido. Você deveria ir embora. Você nunca mais pensará em derivados de sílica ou colesterol. Até a bateria acabar. Ou a tela fica escura. Então você se lembra.
A técnica é simples. A física é complicada. O resultado é apenas um número.
O quartzo registra pequenos momentos que as pessoas não conseguem perceber. Os cristais líquidos transformam esse ritmo invisível em algo que podemos ler. Uma delas é medir o tempo. Outro mostra isso. Juntos, eles garantem que sua programação permaneça intacta.
Torção de Cristal Líquido
As telas LCD estão estranhamente espaçadas. Não é muito durável. Há menos líquido. Suas propriedades ópticas o tornam ideal para um display nemático torcido (TN), que é o padrão para a maioria dos relógios digitais.
Dentro desta tela, as moléculas estão dispostas em uma espiral torcida. Pense neles como pequenos saca-rolhas. A aplicação de um pulso elétrico (força externa) quebra essas ligações. Essa mudança física muda a forma como a luz viaja.
Entre a luz e a eletricidade
As telas LCD são basicamente sanduíches. Possui dois pedaços de vidro. Ambos conduzem eletricidade. Entre eles estão os produtos químicos de cristal líquido.
Esta é a parte difícil. Cada placa possui um filtro polarizador. Os filtros são orientados em um ângulo de 90 graus um do outro. Normalmente, as moléculas de cristal líquido estão alinhadas paralelamente a esses filtros. A luz ambiente é refletida no espelho abaixo. O resultado? Fundo reflexivo prateado. É por isso que o mostrador do relógio parece metálico no escuro.
Mas aplique uma carga elétrica e as moléculas mudam. Eles correm perpendicularmente ao filtro. Os filtros absorvem toda a luz. As células ficam pretas.
“Quando você adiciona uma carga a uma tela de cristal líquido, as moléculas mudam de orientação… deixando células pretas na tela.”
Conte os segundos
Os circuitos integrados cuidam do trabalho pesado. Ele recebe dados de tempo do oscilador de quartzo. Este circuito envia pulsos elétricos em intervalos regulares, como a cada segundo, minuto ou hora.
Esses pulsos informam à tela LCD quais partes devem ser ligadas ou desligadas. A tela está dividida em várias partes. A maioria dos dígitos usa um layout de sete segmentos. Isso exibe os números de 0 a 9. Se você alterar um segmento, três se tornarão dois. Um cinco se torna um seis.
Alguns monitores usam seções de 14 segmentos. Estes têm mais células. Eles podem mostrar letras, não apenas números. No entanto, quando se trata de timing, prevalecem os modelos de sete segmentos. Dessa forma, você pode ler 12h15 em um segundo e 12h16 no seguinte.
Uma parceria improvável
Quartzo e cristal líquido são materiais fundamentalmente diferentes. O propósito deles é completamente diferente. O quartzo oscila. Os cristais líquidos bloqueiam ou transmitem luz.
Mas sem esta parceria estaríamos perdidos. O quartzo fornece os batimentos cardíacos. O cristal líquido fornece o rosto. Sem um, o outro é apenas uma caixa de seleção ou uma tela em branco.
