Curiosidade - Relógio atômico (inclusive, de pulso!)

[edmarmartins]

Relógios Atômicos



O relógio atômico é um relógio que usa a frequência de transição eletrônica na micro-onda, na região óptica ou ultravioleta do espectro eletromagnético, como um padrão de frequência, que é usado como seu mecanismo para medição do tempo. Os relógios atômicos são os dispositivos de medição de tempo e frequência mais precisos criados pela humanidade, sendo usados como padrões primários para os serviços internacionais de pesquisa de tempo, além de serem usados para controlar a frequência de ondas de transmissões de televisão, e em sistemas de navegação por satélite, como o GPS.
O princípio de funcionamento de um relógio atômico não é baseado em física nuclear, mas sim em física atômica, utilizando o sinal de micro-ondas que os elétrons (presentes nos átomos) emitem quando se deslocam entre os níveis de energia. Os primeiros relógios atômicos eram baseados em masers (dispositivos que produzem ondas eletromagnéticas) expostos à temperatura ambiente. Hoje em dia, o os relógios atômicos mais modernos primeiro resfriam os átomos para uma temperatura absoluta perto de zero, deixando-os lentos com o uso de lasers e colocando-os em fontes atômicas, numa cavidade cheia de micro-ondas. Um exemplo desse dispositivo, é o americano NIST-F1.
A precisão de um relógio atômico depende da temperatura da amostra de átomos frios, e da frequência e largura inerente da transição electrônica. Altas frequências e linhas estreitas aumentam a precisão do dispositivo. Os relógios atômicos são responsáveis por manter o Tempo Atômico Internacional (TAI), que é usado para definir o Tempo Universal Coordenado (UTC), também conhecido como "tempo civil", que é o fuso horário de referência a partir do qual se calculam todas as outras zonas horárias do mundo, sendo o sucessor do Tempo Médio de Greenwich (GMT).
A ideia de usar as transições atômicas para medir o tempo foi sugerida pela primeira vez por William Thomson, o Lord Kelvin, em 1879, e a ressonância magnética, desenvolvida na década de 1930 por Isidor Rabi, tornou-se o método mais prático para fazer isso. Em 1945, Rabi sugeriu que a ressonância magnética do feixe nuclear poderia ser usada como uma base para um relógio. O primeiro relógio atômico foi um dispositivo maser de amônia construído em 1949, no National Bureau of Standards, EUA. Ele era bem menos preciso que os já conhecidos relógios de quartzo, mas serviu como um excelente exemplo do funcionamento desse novo conceito para medição do tempo. O primeiro relógio atômico preciso, baseado numa certa transição do átomo de césio-133, foi construído por Louis Essen em 1955 no Laboratório Nacional de Física do Reino Unido. Essa criação fez com que ficasse internacionalmente acordado que o segundo internacional estaria baseado no tempo atômico.



Desde o início do seu desenvolvimento na década de 1950, os relógios atômicos têm sido baseados nas transições hiperfinas em hidrogênio-1, o césio-133, e rubídio-87. O primeiro relógio atômico comercial foi o Atomichron, fabricado pela empresa americana National Radio Company, com mais de 50 relógios vendidos entre 1956 e 1960. Posteriormente El foi substituído por dispositivos muito menores, como o modelo Hewlett-Packard, que usava a frequência de césio 5060, lançado em 1964.
Em agosto de 2004, os cientistas do NIST (National Institute of Standards and Technology) apresentaram um relógio atômico do tamanho de um chip. De acordo com os pesquisadores, o relógio foi pensado para ser um centésimo do tamanho de qualquer outro. Necessitando de menos de 125 mW para funcionar, logo ele se mostrou adequado para o uso em dispositivos alimentados a bateria. Esta tecnologia se tornou disponível no mercado em 2011.
O Brasil possui, no Observatório Nacional, localizado na cidade do Rio de Janeiro, dois relógios atômicos de Césio 133, que apresentam uma precisão de 10−9 segundo por dia, ou seja, um bilionésimo de segundo.  Responsável pela hora legal brasileira, o relógio atômico do Observatório Nacional (RJ) tem uma margem de erro de um segundo a cada 150 mil anos.

Relógios atômicos de pulso




A fabricante de luxo Bathyis Hawai anunciou o primeiro relógio atômico de pulso do mundo. O Cesium 133 tem um chip único em que possui "um laser, um aquecedor, uma cavidade fechada de gás de césio, um filtro de micro-ondas e um detector de fotodiodo". Essa combinação de elementos permite que o relógio conte "linhas hiperfinas de átomos de césio 133 excitado", da mesma forma que o relógio do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), fonte oficial de horário dos EUA. Ou seja, o relógio atrasa um segundo a cada mil anos, de acordo com o "The Register". Entretanto, o "Mundo Estranho" informa que levaria mais de um milhão de anos para tanto. Toda essa precisão acontece devido aos ajustes que são feitos com base em átomos que "vibram" de uma forma extremamente precisa, totalizando bilhões de vezes por segundo. Portanto, esses relógios praticamente não atrasam nem adiantam. Atualmente, os modelos mais modernos erram no máximo dois bilionésimos, ou nanossegundos, por dia, contra dez milésimos dos relógios topo de linha movidos a quartzo, tecnologia mais comum desses aparelhos. Os relógios atômicos da linha Cesium 133 devem chegar ao mercado em 2014 e terão o preço médio de US$ 12 mil, ou seja, R$ 26,4 mil. Não há previsão de lançamento no Brasil. Confira o vídeo de divulgação no link abaixo:

Outro relógio atômico de pulso, este menos "beta" que o primeiro.

[Adriano]

Muito legal, e obrigado por compartilhar, mas permita-me fazer uma pergunta: esse texto é de sua autoria?

Abraços!

Adriano

[edmarmartins]

Muito legal, e obrigado por compartilhar, mas permita-me fazer uma pergunta: esse texto é de sua autoria?

Abraços!

Adriano

Material de uma pesquisa que fiz na internet, juntei trechos, imagens e vídeos de vários sites.

Créditos/Fontes da informação:

http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-funciona-o-relogio-atomico
http://www.cepa.if.usp.br/e-fisica/mecanica/pesquisahoje/cap3/defaultframebaixo.htm
http://ciencia.hsw.uol.com.br/relogios-atomicos.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_clock
http://canaltech.com.br/noticia/gadgets/Startup-apresenta-relogio-atomico/

[Adriano]

É sempre legal você citar as fontes, afinal, alguém teve um trabalho considerável para redigir isso.

Abraços!

Adriano

[BigPaul]

Nem pagando eu uso um desse no meu pulso

e a radiação??? como fica? kkkkkk

[Warlord_brazil]

Legal Ed, realmente agregou conhecimento ao fórum.

[edmarmartins]

Alguns esclarecimentos sobre o césio 133, utilizado nos relógios atômicos:

Ele é estável e não-radioativo, muito menos perigoso que o produto obtido pela fissão nuclear (isótopo 137). Ele pode ser encontrado naturamente na natureza. Em temperatura ambiente, se apresenta em forma líquida. Assim como o mercúrio, é um metal líquido.

Diferentemente do Césio 133, o Césio 137 é tóxico e radioativo, e foi o causador do maior acidente radioativo do Brasil, ocorrido em Goiânia, em 1987.

Se fosse tóxico ou radioativo, o césio 133 jamais poderia ser utilizado em outros locais que não fossem instalações protegidas e controladas pelo governo.



Porque a precisão do relógio atômico é importante e o que isso interfere nas nossas vidas?

Tanta precisão parece exagero, mas não é. Muitas coisas nem sequer existiriam sem esse grau de precisão. Uma delas é o GPS.

O GPS (Sistema de Posicionamento Global) serve, por exemplo, para orientar os aviões via satélite (entre muitos outros usos, como mapas e geoprocessamento). No caso da específico da aviação, o GPS informa a posição de um avião, calculando o tempo com que um sinal sai do satélite e chega à aeronave. Assim, um atraso de três nanossegundos no relógio do satélite significa um erro de 1 metro em sua posição. Essa tecnologia permite apontar com grande precisão a localização de uma aeronave, que se desloca a velocidades impressionantes. Esse controle permite a criação de dispositivos que servem para evitar a colisão entre aviões, por exemplo.

Por esta razão esses relógios, criados em 1949, se tornaram a base da definição do tempo e tão importante para nós.

[edmarmartins]

Nem pagando eu uso um desse no meu pulso

e a radiação??? como fica? kkkkkk

Respondido no post anterior.   

[edmarmartins]

Legal Ed, realmente agregou conhecimento ao fórum.

Obrigado, achei importante postar aqui, mesmo não se tratando de relógios mecânicos.   

[edmarmartins]

É sempre legal você citar as fontes, afinal, alguém teve um trabalho considerável para redigir isso.

Abraços!

Adriano

Oi Adriano, eu sempre gosto de citar as fontes, foi distração mesmo da minha parte. Eu complementei a informação do tópico com pesquisas adicionais: riscos do relógio atômico e sua importância prática para nós. Gostaria de colocar o texto junto do primeiro post, mas a opção de modificar não aparece para mim. Você como moderador consegue habilitar a edição para mim ou adicionar essa informação lá? Acho que ficaria melhor organizado.

Abraço, 

[JuniorCPE]

Podem até ter dito aí acima que não é radioativo, mas foi só me lembrar do que a kryptonita presa no anel do Lex Luthor fez com a mão dele, que já desisti de ter um destes, kkk...

[wrocha]

Alguém faz idéia do consumo de energia de um relógio desses? Eles podem ser pendurados em No Break para que não parem de funcionar antes que o gerador entre em funcionamento em caso de falta de energia?

[edmarmartins]

Alguém faz idéia do consumo de energia de um relógio desses? Eles podem ser pendurados em No Break para que não parem de funcionar antes que o gerador entre em funcionamento em caso de falta de energia?

Olha, o consumo de energia dos modelos mais recentes deve ser muito baixo. A primeira coisa quando se fala em relógios atômicos é um equipamento enorme, que precisa de muita energia elétrica para manter o funcionamento. No mundo real, são equipamentos relativamente pequenos, para serem aparafusados em racks padrão 19 polegadas. Imagino que o no-break é item obrigatório para montar uma infraestrutura mínima.

Nessa mesma linha de raciocínio, recentemente houve uma miniaturização importante dessa tecnologia, a ponto de surgirem protótipos de relógios atômicos de pulso. Para ser viável fazer um modelo desse tamanho, só consumindo pouca energia para tal uso ser viável.