Qual é a diferença entre quartzo e cristal líquido?

Quando você olha para o relógio , provavelmente não está pensando em como o quartzo e o cristal líquido são diferentes um do outro. E você provavelmente não deveria – quando terminar de marcar seus contrastes, você pode estar atrasado para seu próximo compromisso. Mas, embora o quartzo e o cristal líquido não estejam nem no mesmo estado da matéria, eles têm uma semelhança importante: o relógio ou relógio digital médio não funcionará corretamente sem eles.

Antes de compararmos suas funções dentro de um relógio, vejamos algumas das propriedades de cada substância. O quartzo é um dos minerais mais abundantes encontrados na superfície da terra. Conhecido pelo nome químico dióxido de silício , o quartzo é um sólido cristalino usado como componente em joias e lixas. Os cristais de quartzo também são um componente comum em dispositivos como telefones celulares, receptores de televisão e, claro, relógios. Uma das principais razões pelas quais o quartzo é usado em tantos dispositivos eletrônicos é porque é piezoelétrico, o que significa que gera uma carga elétrica quando a pressão é exercida sobre ele. O quartzo também demonstra um efeito piezoelétrico reverso: quando uma carga elétrica é aplicada a um cristal de quartzo, ele começa a vibrar. Como veremos, esses atributos se tornam muito importantes quando se trata de manter o tempo.

Os cristais líquidos , por outro lado, não são uma substância singular. Descobertos pela primeira vez no século 19 por cientistas tentando determinar o peso molecular do colesterol, os cristais líquidos são na verdade uma classificação de compostos que compreendem um quarto estado da matéria: as moléculas em forma de bastão ou placa em cristais líquidos tendem a fluir como líquidos, mas mantenha o alinhamento e a ordem vistos nos sólidos [fonte: Nobelprize.org] . Você provavelmente já notou que os LCDs - também conhecidos como telas de cristal líquido - são comuns em computadores, televisores e uma série de outras peças de tecnologia. Isso porque as moléculas de cristal líquido têm propriedades ópticas que podem afetar a luz quando ela passa por elas. O primeiro relógio com tela de cristal líquido apareceu em 1973 [fonte:The New York Times] .

Agora que conhecemos as diferentes propriedades do quartzo e do cristal líquido, vamos ver como cada um deles funciona dentro de um relógio.

Vamos rever os componentes básicos que um relógio ou relógio precisa para funcionar corretamente:

Lembre-se de que estamos falando especificamente de relógios e relógios digitais de quartzo . Eles são diferentes dos relógios mecânicos que devem ser enrolados regularmente e geralmente não incorporam quartzo, e são diferentes dos relógios analógicos e relógios que usam engrenagens para conduzir os ponteiros ao longo de um mostrador, que normalmente não incorporam cristais líquidos.

O quartzo funciona como o mecanismo de cronometragem. Introduzidos pela primeira vez em relógios pela Seiko em 1969, os cristais de quartzo tornaram-se padrão para os fabricantes de relógios modernos nas décadas seguintes [fonte: Seiko] . O quartzo usado em relógios vibra em uma frequência muito alta. Isso se traduz em grande precisão: a hora exibida em um relógio de quartzo pode se desviar do tempo real em apenas alguns segundos em um determinado mês [fonte: Lombardi] . Além disso, como o quartzo é piezoelétrico, requer muito pouca energia para vibrar, permitindo que uma única bateria alcalina alimente um relógio de quartzo por anos a fio.

O quartzo funciona em conjunto com o circuito integrado do relógio. Em suma, a bateria envia uma pequena carga elétrica para o circuito integrado, que está ligado a um oscilador de quartzo com um par de minúsculos eletrodos. O circuito passa a eletricidade para o oscilador de quartzo e começa a vibrar. Os osciladores de quartzo usados ​​em relógios foram padronizados para vibrar 32.768 vezes por segundo, ou a uma frequência de 32,768 kilohertz. O circuito integrado é programado para contar as vibrações do oscilador e medir os intervalos - segundos, minutos, horas e assim por diante. A cada intervalo, o circuito transmite um pulso elétrico.

E para onde vai esse pulso? A tela de cristal líquido. Como o cristal líquido exibe numerais em um mostrador de relógio digital? Leia mais para descobrir.

Desvio padrão

Enquanto a indústria relojoeira padroniza osciladores de quartzo para vibrar 32.768 vezes por segundo, a realidade é que o oscilador vibra um pouco mais ou um pouco menos, dependendo da temperatura e pressão do ambiente. Embora o relógio ainda seja preciso o suficiente para o uso diário, mais ou menos vibrações podem se traduzir em desvios do tempo real de vários segundos a cada mês [fonte: Woodford].

Enquanto o quartzo mede a passagem do tempo em micro-momentos que são imperceptíveis para os humanos, o cristal líquido ajuda a retratar a passagem do tempo na tela de maneiras que podemos compreender facilmente.

Mencionamos anteriormente que os cristais líquidos têm propriedades ópticas que os tornam um componente favorito das telas LCD . As substâncias de cristal líquido são classificadas em um espectro entre sólido e líquido, dependendo de suas características individuais. O tipo mais comum de exibição usado para telas LCD em um relógio digital é chamado de exibição nemática torcida (TN) . As moléculas que compõem o cristal líquido nesta tela estão dispostas em forma de espiral torcida. Mas os produtos químicos podem ser destorcidos aplicando uma força externa - como um pulso elétrico - que afetará a luz que passa por eles.

Um LCD em um relógio essencialmente intercala produtos químicos de cristal líquido entre duas placas de vidro eletricamente condutoras, com filtros de polarização ligados a cada placa e orientados a 90 graus um do outro. As moléculas de cristal líquido correm naturalmente paralelas ao filtro de polarização, permitindo que a iluminação da luz ambiente reflita em um espelho colocado sob o polarizador - é isso que dá ao LCD sua aparência prateada. No entanto, aplicar uma carga elétrica aos cristais líquidos altera a orientação de suas moléculas para que fiquem perpendiculares ao filtro de polarização, e o filtro absorve toda a luz, deixando células pretas na tela.

Quando o circuito integrado libera esses pulsos elétricos após cada segundo, minuto, hora e outros intervalos medidos pelo oscilador de quartzo, ele se comunica com o LCD para ligar e desligar partes do LCD. O LCD é dividido em uma série de seções de sete ou 14 segmentos, e cada seção de sete segmentos transmite um número de zero a nove. A combinação de seções pode revelar a passagem do tempo de 12:15 a 12:16, por exemplo, ou de 1:00 a 2:00. (Em virtude de ter mais células, as seções de 14 segmentos podem revelar letras e números.)

Como você pode ver, o quartzo e o cristal líquido são substâncias muito diferentes que servem a propósitos muito diferentes quando se trata de marcar o tempo. Mas sem os dois trabalhando juntos, provavelmente estaríamos atrasados.

A maior surpresa durante minha pesquisa para esta história foi o paradoxo: cristais líquidos e quartzo não têm quase nada em comum, mas dentro das entranhas de um relógio de pulso, eles dependem um do outro. Acho que nunca considerei isso, porque não uso relógio há anos (enquanto eu tiver meu iPhone, provavelmente nunca mais usarei). Mas é impressionante saber agora que, sempre que encontro alguém usando um relógio de quartzo, o tempo é ditado por milhares de microvibrações por segundo; que reconhecemos a mudança para frente porque a luz passa por filtros; e que tudo isso está acontecendo completamente fora de vista, mas tão perto de nós em uma simples peça de tecnologia que tomamos como certa. Isso me faz pensar o que está dentro do meu abridor de porta de garagem.

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