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Alltägliches - Quarzuhren



Während einige Uhren mit Edelsteinen wie Diamanten, Rubinen und Saphiren verziert werden, kommt es bei anderen Zeitmessern auf die inneren Werte an – Quarzuhren.

Mineralien in Quarzuhren

Die Bezeichnung Quarzuhr verrät es: Quarz ist das Mineral, das Bestandteil im Uhrwerk von Quarzuhren ist.

 

Bild 1: Quarzuhr auf verschiedenen Quarzkristallen

Bei Quarzen handelt es sich um eine Gruppe von Mineralien, die aus Siliciumdioxid (SiO2) aufgebaut sind und der Zusammensetzung wegen in die Kategorie der Oxidminerale fallen. Die Klassiker und vermutlich bekanntesten Vertreter der Quarz-Gruppe sind Bergkristall, Rosenquarz, Amethyst, Achat und Citrin.

Allerdings werden bei der Produktion von Quarzuhren nicht Quarzkristalle in Gänze eingesetzt. Vielmehr setzen die Hersteller von Quarzuhren auf Splitter oder kleine Plättchen von Quarzen. Wie Okrusch et al. betonen, sind es heutzutage aber vorrangig im Labor gezüchtete Kristalle, die zum Einsatz kommen. Man könnte meinen, das liegt an der Verfügbarkeit von Quarzen. Doch Quarze sind neben Feldspat-Mineralen diejenigen Mineralien, die auf der Erde am häufigsten vorkommen.

Okrusch et al. begründen die Nutzung von Kunstkristallen mit dem Kristallgitter bzw. der Ladungsverteilung von Quarzen. Quarz natürlichen Ursprungs ist häufig mit anderen Quarzkristallen zu Zwillingen verwachsen. In der Folge kommt es zu Verlusten von dem für das Funktionieren von Quarzuhren notwendigem piezoelektrischen Effekt (griech.: pressen, drücken).

Piezoelektrizität, Schwingquarze und Quarzoszillatoren

1880 machten die französischen Physiker Jacques und Pierre Curie die für Quarzuhren bedeutendste Entdeckung: werden Kristalle bestimmter Mineralien – Quarz, Zinkblende und TurmalinDruck oder anderweitiger mechanischer Einwirkung ausgesetzt, kommt es im Kristallgitter zu Veränderungen der elektrischen Ladung –messbar an der Kristalloberfläche.

Dieser Vorgang funktioniert ebenso in umgekehrter Richtung. Wird ein Mineral elektrischer Spannung – bspw. durch Akkus, Batterien oder durch den Einsatz von Solarzellen – ausgesetzt, entstehen im Kristall messbare Schwingungen. Angelehnt an die resultierende Schwingung wird auch der Begriff Schwingquarz verwendet. Die Frequenz, mit der Quarze schwingen, beträgt 32.768 Hz –das bedeutet, dass der entsprechende Regler einer Quarzuhr regelmäßig und verlässlich 32.768-mal die Sekunde schwingt.

Allerdings wird der Quarz nicht einfach so in eine Uhr eingesetzt, sondern in Form eines Quarzoszillators, der die Frequenz gleichmäßig aufrecht erhält. Dazu wird gegenpoligen Elektroden ein Quarz zwischengeschaltet. Durch die nun zugeführte Spannung in den Elektroden verändert der Kristall die Polarität, beginnt zu schwingen und setzt weitere Regler in der Uhr in Bewegung.


Siehe auch:
Alltägliches - Urgesteinsmehl und Gesteinsmehl
Seltene Erden
Industrieminerale

Links:
... und Quellen:
Okrusch, M. und S. Matthes (2009): Mineralogie: Eine Einf├╝hrung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerst├Ąttenkunde. Springer Verlag Berlin Heidelberg
 www.kindernetz.de
 www.planet-wissen.de
 www.elektroniktutor.de




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