Пьезокварц оказался драгоценным материалом для изготовления точных радиоприборов.
Кварцевые часы или кварцевый эталон частоты.
Дело в том, что кварцевая пластинка или кольцо, подвергнутое воздействию переменного электрического тока, начинает дрожать, как туго натянутая струна; причем, если кольцу задано совершать 99 271 колебание в секунду, то оно будет их совершать с исключительно упрямым постоянством — год, два, три… и со временем постоянство или, как говорят, стабильность колебаний будет только увеличиваться.
Кварцевая пластинка совершенно не чувствительна к толчкам и сотрясениям, которых так боятся маятники механических часов. Единственное, чего не любит кварц, — это изменения температуры и давления воздуха. Поэтому кварцевое кольцо заключено в плотно закупоренный сосуд. Его обогревает электрическая печь с автоматическими регуляторами, которые поддерживают температуру в 60° выше нуля. А весь механизм одет двойной рубашкой из материалов, непроницаемых для теплоты.
В подвале Института метрологии, в Ленинграде, хранятся кварцевые часы.
Однако даже такие оранжерейные условия не обеспечивают достаточного постоянства температуры. В Харьковском институте мер и измерительных приборов решили поместить баллоны с кварцем в глубокие скважины. В Пулковской обсерватории вырыты скважины глубиной в 40 метров. На глубине в 30–40 метров температура держится с точностью до одной тысячной градуса. В таких условиях кварцевая пластинка служит прекрасно и не изменяет частоты своих колебаний.
При колебаниях кварцевой пластины колеблется и величина подведенного к ней электрического тока. Он-то и служит для измерения времени. Частота колебаний тока очень велика — около 100 тысяч раз в секунду, — а величина его, наоборот, мала; поэтому специальные приборы во много раз уменьшают частоту и усиливают ток. Этот ток обычно делает 1000 колебаний в секунду и со строго постоянной скоростью вращает электрический моторчик, который, в свою очередь, приводит в движение счетный механизм с циферблатом и стрелками, как у обычных часов.
В настоящее время кварцевые часы по своей точности более чем в десять раз превышают самые лучшие часы с маятниками.
Понятно, что кварцевые часы вытеснили маятниковые из главных хранителей секунды.
Штаб службы времени
У кварцевых и всех маятниковых часов, заключенных в подвале, есть часы-адъютанты. Это тоже точные астрономические часы, но находятся они наверху, в светлых и просторных комнатах службы времени.
В службе времени по стенам тянутся электрические провода. В первой комнате в простенке установлен аппарат, похожий на телеграфный; он точно так же постукивает, и из него вьется узкая бумажная лента. Тут же расположились приборы в серых металлических футлярах, с виду похожие на полевые радиостанции.
Обстановка напоминает штаб, и это действительно штаб, поддерживающий дисциплину в разнообразном часовом войске.
В углу около входа висят большие часы, а возле них у стены установлен щит с репродуктором, выключателями, сигнальными лампами и приборами.
Именно эти часы следят, чтобы все будильники, ходики, ручные, карманные, стенные и уличные часы, чтобы вся эта разношерстная братия соблюдала строй, держала равнение и маршировала «нога в ногу», минуту в минуту.
Чтобы солдаты армии часов не теряли равнения, штабные часы по радио подают в назначенное время команду — «равняйсь!»
Только по радио эта команда звучит иначе: каждый час из всех радиоприемников и репродукторов трансляционной сети раздается шесть коротких сигналов. Последний сигнал совпадает с моментом часа: столько-то часов ноль-ноль минут ноль-ноль секунд.
Обособленной компанией собрались в своем углу часы-адъютанты. Это и есть те самые часы со вспомогательным маятником, с которыми мы уже встречались. Они, как и все астрономические часы, не тикают, а громко, отчетливо щелкают. Так как их много, то это тиканье сливается в веселое перестукивание. Кажется, что это усердно трудятся сказочные гномы-кузнецы. Они постукивают маленькими молоточками и что-то неустанно и дружно куют.
Часы-адъютанты — рослые, в рост человека. Одеты они в деревянные футляры со стеклянными дверцами, имеют циферблаты, стрелки, маятник — и все у них, как у обычных часов. К ним можно подходить без опаски, разглядывать их устройство, разговаривать возле них. Эти часы не боятся присутствия человека, потому что их ход от них самих очень мало зависит.
Часы-адъютанты или, как их иногда называют сотрудники службы времени, — «рабы», связаны электрическими проводами с часами в подземелье. Там внизу качается главный маятник. При каждом взмахе он на мгновение включает ток. Электрический толчок — импульс, более короткий, чем удар сердца, — передается вспомогательным часам. Их маятник качается, в точности повторяя движения главного. Вспомогательные часы следуют за главными, как рабы за своим хозяином. Они выполняют за него всю черновую работу— движут шестереночный механизм, поворачивают стрелки, считают секунды и включают ток в электромагниты главных часов, а те в свою очередь приподнимают рычажок, который коротким щелчком подталкивает маятник.
От всех забот освобожден главный маятник; его дело одно — качаться как можно равномернее.
Сотруднику службы времени незачем спускаться в подвал. Часы-адъютанты особой стрелкой показывают ход главных часов. Они, громко щелкая, добросовестно докладывают и о здоровье и о работе своего хозяина.
Как всякий штаб, служба времени поддерживает постоянную связь с вышестоящим штабом и с соседями по фронту. Она сравнивает показания своих часов с радиосигналами времени из Москвы, Понтуаза (Франция), Регби (Англия) и других городов.
Во время Великой Отечественной войны, когда Париж был занят немцами, а Пулково было разбито варварским обстрелом, сигналы времени подавали свердловская и ташкентская радиостанции.
Для всех, кому необходимо знать время с очень высокой точностью, некоторые радиостанции передают особые сигналы точного времени. Для приема и записи таких сигналов служат специальные приборы. Лучшие из них позволяют уловить расхождение времени в одну десятитысячную секунды. Простейшие из таких приборов — хронографы, записывающие и печатающие.
В записывающем хронографе, как в телеграфном аппарате, протягивается бумажная лента, на которой два перышка непрерывно рисуют прямые линии. Против каждого пера установлен электромагнитик, который притягивает перо, если по нему пропустить электрический ток. При этом на линии, которую чертит перо, получится зубчик.
Для проверки часов по радиосигналам одно перо хронографа подключается к часам, и расстояние между двумя зубчиками, которые оно чертит, соответствует секунде по этим часам. Электромагнит второго перышка присоединяется к радиоприемнику. Оно записывает на ленте радиосигналы точного времени. Сравнивая обе записи, можно очень точно определить разницу между временем, переданным по радио, и тем, которое показывают часы. Ошибка или, как говорят, поправка часов после каждой проверки по радиосигналам тщательно записывается в специальный журнал.
Так работает хронограф, который печатает цифры секунд и минут.
Но ведь сами радиосигналы точного времени тоже могут иметь ошибку? Могут и всегда имеют, хоть и очень маленькую. Для того, чтобы учесть и эту ошибку, все службы времени сравнивают свои лучшие часы с «чужими» сигналами точного времени. Данные таких сравнений пересылаются во Всесоюзный «штаб» времени в Москву. Такие же данные, но от всех служб времени мира получает Международное бюро времени в Париже. В «штабе» обрабатывают полученные сводки, вычисляют ошибки, которые были сделаны при передаче сигналов точного времени, и печатают их в специальных бюллетенях.
