¿Cómo hacen funcionar el reloj el cuarzo y el cristal líquido? Cuando mira su reloj, probablemente no esté pensando en cuán diferentes son el cuarzo y el cristal líquido entre sí. Y probablemente no debería hacerlo:para cuando termine de marcar los contrastes, es posible que llegue tarde a su próxima cita. Pero si bien el cuarzo y el cristal líquido ni siquiera se encuentran en el mismo estado de la materia, tienen una característica importante en común:el reloj digital promedio no funcionará correctamente sin ellos.
Antes de contrastar sus funciones dentro de un reloj, veamos algunas de las propiedades de cada sustancia. Cuarzo es uno de los minerales más abundantes que se encuentran en la superficie de la tierra. Conocido por el nombre químico dióxido de silicio , el cuarzo es un sólido cristalino que se utiliza como componente en joyería y papel de lija. Los cristales de cuarzo también son un componente común en dispositivos como teléfonos celulares, receptores de televisión y, por supuesto, relojes y relojes. Una de las principales razones por las que el cuarzo se usa en tantos dispositivos electrónicos es porque es piezoeléctrico. , lo que significa que genera una carga eléctrica cuando se ejerce presión sobre él. El cuarzo también demuestra un efecto piezoeléctrico inverso:cuando se aplica una carga eléctrica a un cristal de cuarzo, comienza a vibrar. Como veremos, estos atributos se vuelven muy importantes cuando se trata de medir el tiempo.
Cristales líquidos , por otro lado, no son una sustancia singular. Descubiertos por primera vez en el siglo XIX por científicos que intentaban determinar el peso molecular del colesterol, los cristales líquidos son en realidad una clasificación de compuestos que comprenden un cuarto estado de la materia:las moléculas en forma de barra o placa en los cristales líquidos tienden a fluir como líquidos, pero mantenga la alineación y el orden que se ven en los sólidos [fuente:Nobelprize.org]. Probablemente haya notado que las pantallas LCD, también conocidas como pantallas de cristal líquido, son comunes en computadoras, televisores y una gran cantidad de otras piezas de tecnología. Eso es porque las moléculas de cristal líquido tienen propiedades ópticas que pueden afectar la luz cuando pasa a través de ellas. El primer reloj con pantalla de cristal líquido apareció en 1973 [fuente:The New York Times].
Ahora que conocemos las diferentes propiedades del cuarzo y el cristal líquido, veamos cómo funciona cada uno de ellos dentro de un reloj.
El papel del cuarzo
Repasemos los componentes básicos que necesita un reloj o reloj para funcionar correctamente:
Recuerda que hablamos específicamente de relojes y relojes digitales de cuarzo. Estos son diferentes de los relojes mecánicos a los que se les debe dar cuerda con regularidad y no suelen incorporar cuarzo, y son diferentes de los relojes analógicos y los relojes que usan engranajes para mover las manecillas a lo largo de una esfera, que normalmente no incorporan cristales líquidos.
El cuarzo funciona como el mecanismo de cronometraje. Introducidos por primera vez en los relojes por Seiko en 1969, los cristales de cuarzo se han convertido en estándar para los fabricantes de relojes modernos en las décadas posteriores [fuente:Seiko]. El cuarzo utilizado en los relojes vibra a una frecuencia muy alta. Esto se traduce en una gran precisión:la hora que se muestra en un reloj de cuarzo puede desviarse de la hora real solo unos segundos en un mes determinado [fuente:Lombardi]. Además, debido a que el cuarzo es piezoeléctrico, requiere muy poca energía para vibrar, lo que permite que una sola batería alcalina alimente un reloj de cuarzo durante años.
El cuarzo funciona en conjunto con el circuito integrado del reloj. En resumen, la batería envía una pequeña carga eléctrica al circuito integrado, que está conectado a un oscilador de cuarzo con un par de pequeños electrodos. El circuito pasa la electricidad al oscilador de cuarzo y comienza a vibrar. Los osciladores de cuarzo utilizados en los relojes se han estandarizado para vibrar 32.768 veces por segundo, o a una frecuencia de 32,768 kilohercios. El circuito integrado está programado para contar las vibraciones del oscilador y medir los intervalos:segundos, minutos, horas, etc. En cada intervalo, el circuito transmite un pulso eléctrico.
¿Y adónde va este pulso? La pantalla de cristal líquido. ¿Cómo muestra el cristal líquido los números en la esfera de un reloj digital? Siga leyendo para averiguarlo.
Desviación EstándarSi bien la industria relojera estandariza los osciladores de cuarzo para que vibren 32 768 veces por segundo, la realidad es que el oscilador vibra un poco más o un poco menos, según la temperatura y la presión del entorno. Si bien el reloj aún es lo suficientemente preciso para el uso diario, más o menos vibraciones pueden traducirse en desviaciones del tiempo real de varios segundos cada mes [fuente:Woodford].
El papel del cristal líquido
Las pantallas LCD de los relojes se dividen en secciones de siete o 14 segmentos, que muestran esos números familiares. Mientras que el cuarzo mide el paso del tiempo en micromomentos que son imperceptibles para los humanos, el cristal líquido ayuda a representar el paso del tiempo en la pantalla de formas que podemos comprender fácilmente.
Mencionamos anteriormente que los cristales líquidos tienen propiedades ópticas que los convierten en un componente favorito de las pantallas LCD. Las sustancias de cristal líquido se clasifican en un espectro entre sólido y líquido, dependiendo de sus características individuales. El tipo de pantalla más común que se utiliza para las pantallas LCD en un reloj digital se denomina pantalla nemática torcida (TN). . Las moléculas que componen el cristal líquido en esta pantalla están dispuestas en forma de espiral retorcida. Pero los químicos se pueden destorcer aplicando una fuerza externa, como un pulso eléctrico, que afectará la luz que pasa a través de ellos.
Una pantalla LCD en un reloj esencialmente intercala sustancias químicas de cristal líquido entre dos placas de vidrio conductoras de electricidad, con filtros de polarización adheridos a cada placa y orientados 90 grados entre sí. Las moléculas de cristal líquido corren naturalmente paralelas al filtro de polarización, lo que permite que la iluminación de la luz ambiental se refleje en un espejo colocado debajo del polarizador; esto es lo que le da a la pantalla LCD su apariencia plateada. Sin embargo, aplicar una carga eléctrica a los cristales líquidos cambia la orientación de sus moléculas para que corran perpendiculares al filtro de polarización, y el filtro absorbe toda la luz, dejando celdas negras en la pantalla.
Cuando el circuito integrado libera esos pulsos eléctricos después de cada segundo, minuto, hora y otros intervalos medidos por el oscilador de cuarzo, se comunica con la pantalla LCD para encender y apagar partes de la pantalla LCD. La pantalla LCD está dividida en una serie de secciones de siete o 14 segmentos, y cada sección de siete segmentos transmite un número del cero al nueve. La combinación de secciones puede revelar el paso del tiempo de 12:15 a 12:16, por ejemplo, o de 1:00 a 2:00. (Al tener más celdas, las secciones de 14 segmentos pueden revelar letras además de números).
Como puede ver, el cuarzo y el cristal líquido son sustancias muy diferentes que sirven para propósitos muy diferentes cuando se trata de medir el tiempo. Pero sin ambos trabajando juntos, probablemente llegaríamos tarde.
Nota del autor
La mayor sorpresa durante mi investigación para esta historia fue la paradoja:los cristales líquidos y el cuarzo no tienen casi nada en común, pero dentro de las entrañas de un reloj de pulsera, dependen el uno del otro. Supongo que nunca consideré esto, porque no he usado un reloj en años (mientras tenga mi iPhone, probablemente nunca lo vuelva a usar). Pero ahora me sorprende saber que, cada vez que me encuentro con alguien que lleva un reloj de cuarzo, el tiempo lo dictan miles de microvibraciones por segundo; que reconocemos el desplazamiento hacia adelante porque la luz pasa a través de filtros; y que todo esto sucede completamente fuera de la vista, pero tan cerca de nosotros en una simple pieza de tecnología que damos por sentado. Me hace preguntarme qué hay dentro de mi abre-puertas de garaje.