ക്വാര്‍ട്ട്സ് ക്ലോക്ക് എങ്ങനെ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നു.
മനുഷ്യചരിത്രത്തോളം പഴക്കമുണ്ടാകും ഒരു പക്ഷേ സമയമളക്കുന്ന ആശയങ്ങള്‍ക്കും. സമയമളക്കാനുള്ള ഉപകരണങ്ങളുടെ ചരിത്രവും രസാവഹമാണ്. മണല്‍ഘടികാരവും ജലഘടികാരവും സൂര്യഘടികാരവും ഒക്കെയായിരുന്നു ആദ്യകാല ഉപകരണങ്ങള്‍. വലിയ ക്ലോക്കുകളില്‍ നിന്ന് ചെറിയ വാച്ചുകളിലേക്കുള്ള മാറ്റം ആരംഭിച്ചത് 17ആം നൂറ്റാണ്ടിലാണ്. വിവിധ സാങ്കേതികവിദ്യകളില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന വാച്ചുകള്‍ ഇന്ന് നിലവിലുണ്ട്. കീ കൊടുത്ത് സ്പ്രിംഗില്‍ സംഭരിച്ചു വയ്ക്കുന്ന സ്ഥിതികോര്‍ജ്ജം കൊണ്ട് പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന വാച്ചുകളായിരുന്നു ഒന്നോ രണ്ടോ ദശാബ്ദം മുന്‍പ് വരെ അരങ്ങ് വാണിരുന്നത്. ബാറ്ററിയിലെ ഊര്‍ജ്ജമുപയോഗിച്ച് പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന ക്വാര്‍ട്സ് വാച്ചുകളുടെ വരവോടെ ഇത്തരം വാച്ചുകള്‍ അരങ്ങൊഴിഞ്ഞ് തുടങ്ങി.
1880 ല്‍ ജാക്വസ്സ് ക്യൂറിയും പിയറി ക്യൂറിയും ചേര്‍ന്ന് നടത്തിയ പീസോ ഇലക്ട്രിക്ക് ക്രിസ്റ്റലുകളുടെ കണ്ടുപിടുത്തമാണ് ഇത്തരം വാച്ചുകളുടെ പിറവിയിലേക്ക് നയിച്ചത്. ഇത്തരം ക്രിസ്റ്റലുകള്‍ സമ്മര്‍ദ്ദത്തിന് വിധേയമാക്കിയാല്‍ അതില്‍ വൈദ്യുതി സൃഷ്ടിക്കപ്പെടും. അതേ പോലെ തന്നെ ഇത്തരം ക്രിസ്റ്റലുകളിലേക്ക് വൈദ്യുതി നല്‍കിയാല്‍ അത് തുടര്‍ച്ചായി സ്പന്ദിക്കുകയും ചെയ്യും. യാന്ത്രികോര്‍ജ്ജത്തെ വൈദ്യുതോര്‍ജ്ജമാക്കാനും വൈദ്യുതോര്‍ജ്ജത്തെ യാന്ത്രികോര്‍ജ്ജമാക്കാനും കഴിയുന്ന ഒരുപകരണമാണിത് എന്ന് ചുരുക്കം. 1921 ല്‍ വാള്‍ട്ടര്‍ കാഡി ആദ്യത്തെ ക്രിസ്റ്റല്‍ ഓസിലേറ്റര്‍ നിര്‍മ്മിച്ചതോടെ ഇതുപയോഗിച്ചുള്ള ഒരു ക്ലോക്ക് എന്ന ആശയം ഉടലെടുത്തു. വളരെ കൃത്യതയോടെയുള്ള സ്പന്ദനങ്ങള്‍ സൃഷ്ടിക്കുവാനുള്ള ക്വാര്‍ട്സ് ക്രിസ്റ്റലുകളുടെ കഴിവാണ് ഇത്തരമൊരു ആശയത്തിലേക്ക് നയിച്ചത്. 1927 ല്‍ ന്യൂ ജെഴ്സിയിലെ പ്രശസ്തമായ ബെല്‍ ലബോറട്ടറിയിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞരായ വാരണ്‍ മാരിസണും (Warren Marrison) ജെ.ഡബ്ലിയു. ഹോര്‍ട്ടണും (J.W. Horton) ചേര്‍ന്നാണ് ആദ്യമായി ഒരു ക്വാര്‍ട്സ് ക്ലോക്ക് നിര്‍മ്മിച്ച് ഘടികാരങ്ങളുടെ പുതിയ വിപ്ലവത്തിന് വഴിയൊരുക്കിയത്.
ക്വാര്‍ട്സ് ക്രിസ്റ്റലുകള്‍ സ്പന്ദിക്കുന്ന ആവൃത്തി (Frequency) അതിന്റെ ഘടനയും ആകൃതിയും അനുസരിച്ച് മാറും. ഘടികാരങ്ങളില്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന ക്രിസ്റ്റലുകള്‍ ഒരു പ്രത്യേക ആവൃത്തിയില്‍ സ്പന്ദിക്കുവാന്‍ വേണ്ടി നിര്‍മ്മിച്ചിട്ടുള്ളതാണ്. ഒരു സെക്കന്റില്‍ 32768 തവണ സ്പന്ദിക്കുന്ന ക്രിസ്റ്റലുകളാണ് ഇന്ന് ക്ലോക്കുകളില്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. 215 ആണ് 32768. ഡിജിറ്റല്‍ സങ്കേതങ്ങളുപയോഗിച്ച് ഈ സംഖ്യയെ എളുപ്പത്തില്‍ കൈകാര്യം ചെയ്യാം എന്നതിനാലാണ് ഈ ഫ്രീക്വന്‍സി ക്രിസ്റ്റല്‍ ഫ്രീക്വന്‍സി ആയി നിര്‍ണ്ണയിച്ചിരിക്കുന്നത്.
(1.
ബാറ്ററി, 2. മൈക്രോചിപ്പ് ഘടിപ്പിച്ച ഇലക്ട്രോണിക്ക് സര്‍ക്യൂട്ട്, 3.
ക്വാര്‍ട്സ് ക്രിസ്റ്റല്‍, 4. സ്റ്റെപ്പ് മോട്ടോര്‍, 5. ഗിയര്‍
സംവിധാനങ്ങള്‍, 6. ക്ലോക്ക് സൂചികള്‍ )
ഒരു ബാറ്ററിയില്‍ നിന്നുമുള്ള വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ചാണ് ക്ലോക്ക് പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നത്. വളരെ ചെറിയ ഒരു ഇലക്ട്രോണിക്ക് സര്‍ക്യൂട്ടിലേക്കാണ് ഈ വൈദ്യുതി കടന്നു ചെല്ലുന്നത്. ഇതില്‍ നിന്നും സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന നിശ്ചിത ഇടവേളകളിലുള്ള വൈദ്യുതിയെ ക്രിസ്റ്റലിലേക്ക് പ്രയോഗിക്കുന്നു. ഒരു റ്റ്യൂണിംഗ് ഫോര്‍ക്കിന്റെ ആകൃതിയിലുള്ള ഈ ക്വാര്‍ട്സ് ക്രിസ്റ്റല്‍ ഈ വൈദ്യുതിക്കനുസരിച്ച് ഒരു സെക്കന്റില്‍ 32768 തവണ സ്പന്ദിക്കുന്നു. മൈക്രോഇലക്ട്രോണിക്ക് സര്‍ക്യൂട്ട് ഈ സ്പന്ദനങ്ങളെ തിരിച്ചറിയുകയും അതിനെ സെക്കന്റില്‍ ഒരു തവണവീതമുള്ള വൈദ്യുത സിഗനലുകളാക്കി മാറ്റുകയും ചെയ്യുന്നു. ഓരോ സെക്കന്റിലുമുള്ള ഈ വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ച് ഒരു ചെറിയ മോട്ടോര്‍ പ്രവര്‍ത്തിപ്പിക്കുന്നു. സ്റ്റെപ്പിര്‍ മോട്ടോര്‍ എന്നറിയപ്പെടുന്ന മോട്ടോറുകളാണിവ. ഈ മോട്ടോറില്‍ നിന്നുമുള്ള ചലനത്തെ ഗിയറുകള്‍ ഉപയോഗിച്ച് ക്ലോക്കിലെ സൂചികളുടെ ചലനമാക്കി മാറ്റുന്നു. വളരെ കുറഞ്ഞ പവ്വര്‍ ഉപയോഗം മാത്രമേ ഇതിന് ചിലവാകുന്നുള്ളൂ. അതു കൊണ്ടു തന്നെ വര്‍ഷങ്ങളോളം ഒരു ചെറിയ ബട്ടണ്‍ സെല്‍ ഉപയോഗിച്ച് നമുക്ക് ഒരു വാച്ച് പ്രവര്‍ത്തിപ്പിക്കാനാകും. വലിയ ക്ലോക്കുകളില്‍ സൂചികളുടെ ചലനത്തിന് കൂടുതല്‍ ഊര്‍ജ്ജം ആവശ്യമായതിനാല്‍ പവ്വര്‍ കൂടിയ ഉള്ള ബാറ്ററികള്‍ ഉപയോഗിക്കേണ്ടി വരും എന്നു മാത്രം.
ഡിജിറ്റല്‍ ഡിസ്പ്ലേ ഉപയോഗിച്ചും ക്വാര്‍ട്സ് ഘടികാരങ്ങള്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നുണ്ട്. സൂചികളുള്ള വാച്ചിന്റെ പ്രവര്‍ത്തനത്തേക്കാള്‍ എളുപ്പമാണിത്. ഓരോ സെക്കന്റിലും ഉണ്ടാകുന്ന വൈദ്യുത സിഗ്നലുകള്‍ ഉപയോഗിച്ച് ഡിജിറ്റല്‍ ഡിസ്പ്ലേ പ്രവര്‍ത്തിപ്പിക്കകയാണ് ഇതില്‍ ചെയ്യുന്നത്.
മനുഷ്യന്‍ നിര്‍മ്മിച്ച ആദ്യകാല ഉപകരണങ്ങളിലൊന്നാണ് ഘടികാരങ്ങള്‍. കൂടുതല്‍ കൃത്യതയോടെ സമയം അറിയാനുള്ള ഗവേഷണങ്ങളിലാണ് ഇന്നും ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍. ആറ്റോമികഘടികാരങ്ങളില്‍ വരെ എത്തിനില്‍ക്കുന്ന ഈ ഗവേഷണങ്ങളുടെ പുതിയ പുതിയ ഫലങ്ങള്‍ക്കായി നമുക്ക് കാത്തിരിക്കാം.
ടോട്ടോചാന്‍
മനുഷ്യചരിത്രത്തോളം പഴക്കമുണ്ടാകും ഒരു പക്ഷേ സമയമളക്കുന്ന ആശയങ്ങള്‍ക്കും. സമയമളക്കാനുള്ള ഉപകരണങ്ങളുടെ ചരിത്രവും രസാവഹമാണ്. മണല്‍ഘടികാരവും ജലഘടികാരവും സൂര്യഘടികാരവും ഒക്കെയായിരുന്നു ആദ്യകാല ഉപകരണങ്ങള്‍. വലിയ ക്ലോക്കുകളില്‍ നിന്ന് ചെറിയ വാച്ചുകളിലേക്കുള്ള മാറ്റം ആരംഭിച്ചത് 17ആം നൂറ്റാണ്ടിലാണ്. വിവിധ സാങ്കേതികവിദ്യകളില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന വാച്ചുകള്‍ ഇന്ന് നിലവിലുണ്ട്. കീ കൊടുത്ത് സ്പ്രിംഗില്‍ സംഭരിച്ചു വയ്ക്കുന്ന സ്ഥിതികോര്‍ജ്ജം കൊണ്ട് പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന വാച്ചുകളായിരുന്നു ഒന്നോ രണ്ടോ ദശാബ്ദം മുന്‍പ് വരെ അരങ്ങ് വാണിരുന്നത്. ബാറ്ററിയിലെ ഊര്‍ജ്ജമുപയോഗിച്ച് പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന ക്വാര്‍ട്സ് വാച്ചുകളുടെ വരവോടെ ഇത്തരം വാച്ചുകള്‍ അരങ്ങൊഴിഞ്ഞ് തുടങ്ങി.
1880 ല്‍ ജാക്വസ്സ് ക്യൂറിയും പിയറി ക്യൂറിയും ചേര്‍ന്ന് നടത്തിയ പീസോ ഇലക്ട്രിക്ക് ക്രിസ്റ്റലുകളുടെ കണ്ടുപിടുത്തമാണ് ഇത്തരം വാച്ചുകളുടെ പിറവിയിലേക്ക് നയിച്ചത്. ഇത്തരം ക്രിസ്റ്റലുകള്‍ സമ്മര്‍ദ്ദത്തിന് വിധേയമാക്കിയാല്‍ അതില്‍ വൈദ്യുതി സൃഷ്ടിക്കപ്പെടും. അതേ പോലെ തന്നെ ഇത്തരം ക്രിസ്റ്റലുകളിലേക്ക് വൈദ്യുതി നല്‍കിയാല്‍ അത് തുടര്‍ച്ചായി സ്പന്ദിക്കുകയും ചെയ്യും. യാന്ത്രികോര്‍ജ്ജത്തെ വൈദ്യുതോര്‍ജ്ജമാക്കാനും വൈദ്യുതോര്‍ജ്ജത്തെ യാന്ത്രികോര്‍ജ്ജമാക്കാനും കഴിയുന്ന ഒരുപകരണമാണിത് എന്ന് ചുരുക്കം. 1921 ല്‍ വാള്‍ട്ടര്‍ കാഡി ആദ്യത്തെ ക്രിസ്റ്റല്‍ ഓസിലേറ്റര്‍ നിര്‍മ്മിച്ചതോടെ ഇതുപയോഗിച്ചുള്ള ഒരു ക്ലോക്ക് എന്ന ആശയം ഉടലെടുത്തു. വളരെ കൃത്യതയോടെയുള്ള സ്പന്ദനങ്ങള്‍ സൃഷ്ടിക്കുവാനുള്ള ക്വാര്‍ട്സ് ക്രിസ്റ്റലുകളുടെ കഴിവാണ് ഇത്തരമൊരു ആശയത്തിലേക്ക് നയിച്ചത്. 1927 ല്‍ ന്യൂ ജെഴ്സിയിലെ പ്രശസ്തമായ ബെല്‍ ലബോറട്ടറിയിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞരായ വാരണ്‍ മാരിസണും (Warren Marrison) ജെ.ഡബ്ലിയു. ഹോര്‍ട്ടണും (J.W. Horton) ചേര്‍ന്നാണ് ആദ്യമായി ഒരു ക്വാര്‍ട്സ് ക്ലോക്ക് നിര്‍മ്മിച്ച് ഘടികാരങ്ങളുടെ പുതിയ വിപ്ലവത്തിന് വഴിയൊരുക്കിയത്.
ക്വാര്‍ട്സ് ക്രിസ്റ്റലുകള്‍ സ്പന്ദിക്കുന്ന ആവൃത്തി (Frequency) അതിന്റെ ഘടനയും ആകൃതിയും അനുസരിച്ച് മാറും. ഘടികാരങ്ങളില്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന ക്രിസ്റ്റലുകള്‍ ഒരു പ്രത്യേക ആവൃത്തിയില്‍ സ്പന്ദിക്കുവാന്‍ വേണ്ടി നിര്‍മ്മിച്ചിട്ടുള്ളതാണ്. ഒരു സെക്കന്റില്‍ 32768 തവണ സ്പന്ദിക്കുന്ന ക്രിസ്റ്റലുകളാണ് ഇന്ന് ക്ലോക്കുകളില്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. 215 ആണ് 32768. ഡിജിറ്റല്‍ സങ്കേതങ്ങളുപയോഗിച്ച് ഈ സംഖ്യയെ എളുപ്പത്തില്‍ കൈകാര്യം ചെയ്യാം എന്നതിനാലാണ് ഈ ഫ്രീക്വന്‍സി ക്രിസ്റ്റല്‍ ഫ്രീക്വന്‍സി ആയി നിര്‍ണ്ണയിച്ചിരിക്കുന്നത്.
ഒരു ബാറ്ററിയില്‍ നിന്നുമുള്ള വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ചാണ് ക്ലോക്ക് പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നത്. വളരെ ചെറിയ ഒരു ഇലക്ട്രോണിക്ക് സര്‍ക്യൂട്ടിലേക്കാണ് ഈ വൈദ്യുതി കടന്നു ചെല്ലുന്നത്. ഇതില്‍ നിന്നും സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന നിശ്ചിത ഇടവേളകളിലുള്ള വൈദ്യുതിയെ ക്രിസ്റ്റലിലേക്ക് പ്രയോഗിക്കുന്നു. ഒരു റ്റ്യൂണിംഗ് ഫോര്‍ക്കിന്റെ ആകൃതിയിലുള്ള ഈ ക്വാര്‍ട്സ് ക്രിസ്റ്റല്‍ ഈ വൈദ്യുതിക്കനുസരിച്ച് ഒരു സെക്കന്റില്‍ 32768 തവണ സ്പന്ദിക്കുന്നു. മൈക്രോഇലക്ട്രോണിക്ക് സര്‍ക്യൂട്ട് ഈ സ്പന്ദനങ്ങളെ തിരിച്ചറിയുകയും അതിനെ സെക്കന്റില്‍ ഒരു തവണവീതമുള്ള വൈദ്യുത സിഗനലുകളാക്കി മാറ്റുകയും ചെയ്യുന്നു. ഓരോ സെക്കന്റിലുമുള്ള ഈ വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ച് ഒരു ചെറിയ മോട്ടോര്‍ പ്രവര്‍ത്തിപ്പിക്കുന്നു. സ്റ്റെപ്പിര്‍ മോട്ടോര്‍ എന്നറിയപ്പെടുന്ന മോട്ടോറുകളാണിവ. ഈ മോട്ടോറില്‍ നിന്നുമുള്ള ചലനത്തെ ഗിയറുകള്‍ ഉപയോഗിച്ച് ക്ലോക്കിലെ സൂചികളുടെ ചലനമാക്കി മാറ്റുന്നു. വളരെ കുറഞ്ഞ പവ്വര്‍ ഉപയോഗം മാത്രമേ ഇതിന് ചിലവാകുന്നുള്ളൂ. അതു കൊണ്ടു തന്നെ വര്‍ഷങ്ങളോളം ഒരു ചെറിയ ബട്ടണ്‍ സെല്‍ ഉപയോഗിച്ച് നമുക്ക് ഒരു വാച്ച് പ്രവര്‍ത്തിപ്പിക്കാനാകും. വലിയ ക്ലോക്കുകളില്‍ സൂചികളുടെ ചലനത്തിന് കൂടുതല്‍ ഊര്‍ജ്ജം ആവശ്യമായതിനാല്‍ പവ്വര്‍ കൂടിയ ഉള്ള ബാറ്ററികള്‍ ഉപയോഗിക്കേണ്ടി വരും എന്നു മാത്രം.
ഡിജിറ്റല്‍ ഡിസ്പ്ലേ ഉപയോഗിച്ചും ക്വാര്‍ട്സ് ഘടികാരങ്ങള്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നുണ്ട്. സൂചികളുള്ള വാച്ചിന്റെ പ്രവര്‍ത്തനത്തേക്കാള്‍ എളുപ്പമാണിത്. ഓരോ സെക്കന്റിലും ഉണ്ടാകുന്ന വൈദ്യുത സിഗ്നലുകള്‍ ഉപയോഗിച്ച് ഡിജിറ്റല്‍ ഡിസ്പ്ലേ പ്രവര്‍ത്തിപ്പിക്കകയാണ് ഇതില്‍ ചെയ്യുന്നത്.
മനുഷ്യന്‍ നിര്‍മ്മിച്ച ആദ്യകാല ഉപകരണങ്ങളിലൊന്നാണ് ഘടികാരങ്ങള്‍. കൂടുതല്‍ കൃത്യതയോടെ സമയം അറിയാനുള്ള ഗവേഷണങ്ങളിലാണ് ഇന്നും ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍. ആറ്റോമികഘടികാരങ്ങളില്‍ വരെ എത്തിനില്‍ക്കുന്ന ഈ ഗവേഷണങ്ങളുടെ പുതിയ പുതിയ ഫലങ്ങള്‍ക്കായി നമുക്ക് കാത്തിരിക്കാം.
ടോട്ടോചാന്‍
No comments:
Post a Comment