Perhitungan waktu oleh manusia dilakukan dengan menggunakan acuan berdasarkan suatu proses atau perubahan yang bersifat periodik, atau mudah di ulang (reproducible, seperti misalnya diterapkan pada jam pasir), contohnya:
-> pergantian siang - malam
-> posisi dan penampakan benda-2 langit
-> ayunan pendulum
-> getaran osilator
Jam2 sekarang d buat dengan acuan kristal Quartz.
dewasa ini, fenomena osilasi buatan yang paling murah dan digunakan secara luas adalah osilator elektronik yang dikendalikan kristal kuarsa (quartz). Tapi untuk keperluan standar waktu, kristal kuarsa masih mempunyai kendala :
-> frekuensi resonansinya ditentukan oleh geometri & dimensi, sedangkan di dalam proses fabrikasinya, selalu terdapat deviasi pada geometri & dimensi yang dihasilkan
-> frekuensi resonansi kristal kuarsa juga masih dipengaruhi oleh lingkungan (terutama temperatur) secara berarti.
Jam modern Buatan Orang jepang:
Jam ini di lengkapi dengan bar code, Morse code, audio equalizer simulation,dan performance rating system, used in figure skating.
They are made with the smallest LED lights.
Walau pastinya agak membingungkan, tapi karena kemauan pasti kita understand juga.
Jam yg lebih presisi menggunakan perhitungan ATOM
Pada atom, dapat dijumpai gejala resonansi dengan frekuensi yang sangat konsisten. Pada atom Cesium, berdasarkan keadaan spin elektron terluarnya terhadap inti, terdapat 2 kemungkinan keadaan / state :
-> low energy state, kita sebut saja : keadaan A
-> high energy state, kita sebut saja : keadaan B
(low dan energy states di atas berkaitan dengan keadaan "spin" terluarnya terhadap inti atim : parallel dan anti parallel).
Perpindahahan / peralihan, dari:
keadaan A --> keadaan B
keadaan B --> keadaan A
disertai dengan peristiwa penyerapan atau pemancaran energi gelombang
elektromagnetik.
Gelombang elektromagnetik yang diserap/pancarkan ini mempunyai frekuensi yang sangat khas. Untuk Cesium tepatnya : 9,192,631,770 Hz (sekitar 9 GHz). Angka ini sangat konsisten berlaku untuk semua atom Cesium hampir tidak dipengaruhi oleh temperatur.
Dengan demikian, jika pada suatu populasi atom Cesium (dalam wujud gas) kita berikan pancaran energi elektromagnetik dengan frekuensi yang bisa kita tune, maka tepat pada frekuensi di atas, pancaran energi EM ini akan diserap secara maksimum (terjadi resonansi) oleh populasi atom-2 Cesium tersebut. Penyerapan inilah yang kemudian kita deteksi dan frekuensinya (setelah dibagi) bisa dimanfaatkan sebagai frekuensi acuan (atau waktu acuan).
Prinsip kerja jam atom secara umum digambarkan oleh bagan di bawah ini.
Penjelasan:
Cesium padat dipanaskan didalam suatu oven agar dihasilkan uap Cesium. Uap ini terdiir dari populasi atom-2 Cecium, sebagian ada di dalam state 'low energy' (keadaan A), sebagian ada di dalam state 'high energy' (keadaan B). Karena komposisi ini random / sulit ditentukan, kita saring agar hanya diperoleh Cesium dalam keadaan A saja (dengan menggunakan medan magnet dari Magnet 1 untuk membelok kan Cesium B). Populasi atom-2 Cesium A ini lah yang kemudian di pandu ke dalam sebuah rongga (cavity). Ke dalam rongga ini di pancarkan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi sekitar 9 GHz (yang dalam perangkat ini di 'tune' secar aotomatis menggunakan mekanisme umpan balik).
Jika frekuensi pancaran EM yang umpankan ke dalam cavity dekat dengan angka frekuensi di atas (9,192,631,770 Hz), maka akan terjadi penyerapan energi secara maksimum / resonansi. Dengan diserapnya energi ini, maka sebagian atom-2 Cesium A (low energy state) akan beralih ke keadaan Cesium B (high energy state). Keluar dari Cavity, hanya Cesium B yang di pilih (Cesium A di 'tendang ke samping' dengan menggunakan medan magnet dari Magnet 2). Selanjutnya banyaknya atom Cesium B yang terjadi (per satuan waktu) akan di "takar" dengan cara sbb. :
-> atom-2 Cesium B di ion-kan, dengan cara dipanaskan menggunakan hot wire
-> lalu inon-2 cesium ini di ekstrak oleh suatu medan listrik, sehinga aliran ion ini menghasilkan arus listrik. Untuk medan sumber yang tetap, besarnya arus listrik ini akan sebanding dengan jumlah ion Cesium B yang terjadi / satuan waktu.
-> lalu arus listrik ini digunakan untuk mengontrol frekuensi sebuah "VCO" (Voltage-Controlled Oscillator) yang menghasilkan osilasi dengan frekuensi sekitar 5 - 10 MHz. Keluaran osilator ini diunpankanke pelipat frekuensi sehinga dihasilkan frekuensi keluaran sekitar 9 GHz. Dengan penguatan daya yang cukup, osilasi ini digunakn untuk menghasilkan gelombang EM dengan frekuensi tersebut, diumpan balik kan ke rongga Microwave.
-> Sistem umpan balik di atas bekerja sedemikian rupa, agar diperoleh penyerapan energi maksimum (resonansi) yang akan terjadi jika frekuensi gelombang EM yang diumpankan ke rongga tepat pada harga 9,192,631,770 Hz.
-> Meskipun demikian, pulsa keluaran yang dimanfaatkan dalam aplikasi adalah pulsa keluaran dari "VCO" di atas, sekitar 5 - 10 MHz. Perlu dicatat, bahwa berbeda dari osilator biasa, "VCO" ini dikontrol oleh mekanisme resonansi atom Cesium di atas, sehingga mempunyai ketepatan yang tinggi.
Atom cesium tubes nya gan
Jam atom pertama
Jam atom ini gak akan lebih 1 detik atau kurang 1 detik selama 200-300 tahun. Jadi sangat presisi.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar