Atomuhr

Jedes ordentliche Uhr, die wir in unserem täglichen Leben, in der Regel auf einer Maschine, die hin und her in regelmäßigen Abständen bewegt verbunden. Diese Konstante periodischen Bewegung verwendet wird, um die Bewegung der Zeiger der Uhr zu steuern oder um die Ziffern auf dem Zifferblatt der Uhr zu ändern. Der Name, Atomuhr, könnte darauf hindeuten, dass es eine Uhr, die Radioaktivität verwendet, aber dies ist nicht der Fall ist. Eigentlich ist die Atomuhr ein Instrument zur Zeitmessung, die die Schwingungen mit Atomen assoziiert zur Zeitmessung verwendet. Mit anderen Worten, verwendet er die elektromagnetischen Wellen, die von den Atomen emittiert.

Geschichte der Atomuhr

Die erste Atomuhr entstand im Jahr 1949 bei den US National Bureau Standards, die heute als National Institute of Standards and Technology (NIST) bekannt. Es war eine Vorrichtung, die kohärente elektromagnetische Wellen aus Ammoniakmolekül emittierten verwendet. Das Konzept war richtig, aber die Genauigkeit war niedriger als die aktuellen Quarzuhren. Eine genauere Form von Atomuhren kam 1955 im National Physical Laboratory in Großbritannien. Es wurde von Louis Essen gebaut. Diese Takte verwendet der Mikrowellen während der Übergang von Elektronen der Cäsium-133-Atomen emittiert werden, von einem Energieniveau zu einem anderen. Später wurden einige weitere Atomuhren gebaut, wo elektromagnetische Wellen, die durch Atome wie Wasserstoff-1 und Rubidium-87 emittiert wurden verwendet.

Funktionsprinzip der Atomuhr

Die Atomuhr besteht aus einem Mikrowellenhohlraum. Es ist ein elektronischer Verstärker in dem Hohlraum. Der Hohlraum wird mit den Kernelementen (üblicherweise Cäsium-133 oder Rubidium-87 oder Hydrogen-1) gefüllt. Es wird dann erwärmt, um Atome freizugeben. Die freigesetzten Atome sind nicht neutral, sie tragen variable elektrische Ladungen. Diese freigesetzten Atomen hergestellt sind, um durch eine Vakuumröhre und dann durch ein magnetisches Feld. Es sei darauf hingewiesen, dass nur ein paar ausgewählte Atome, die in einem niedrigen Energiezustand sind, können durch dieses magnetische Feld passieren.

Nach dem Durchlaufen eines magnetischen Feldes brauchen diese Atomen, ein Mikrowellenfeld, das unter der Kontrolle eines Kristalloszillators ist überqueren. Der Oszillator wird, das Mikrowellenfeld mit einer bestimmten Frequenz zu vibrieren. Das Mikrowellenfeld oft dazu neigt, eine variable Vibrationen haben. Aber die Variation ist sehr klein und das Mikrowellenfeld erreicht die erforderliche Frequenz in zyklischer Reihenfolge. Ein Niedrigenergie-Atom kann zu einem hohen Energiezustand zu ändern, wenn es durch das Mikrowellenfeld geführt werden kann, wenn es an der erforderlichen Frequenz schwingt. Die Oszillationsfrequenz wird anschließend auf Impulse von einer Sekunde durch eine spezielle Vorrichtung umgewandelt.

Am Ende der Vakuumröhre, eine Vorrichtung vorhanden ist, jene Atome, die ihren Zustand geändert haben Energie zu überwachen. Wenn festgestellt wird, dass die Anzahl der Atome in der angegebenen Energiezustand unterhalb des beabsichtigten sind, wird der Kristalloszillator in einer solchen Weise, dass sie bei einer geeigneten Frequenz vibrieren eingestellt. Diese Einstellung ist sehr wichtig für das Funktionieren einer Atomuhr. Es steuert bestimmte Nebenwirkungen wie Veränderungen in der Temperatur und Inkohärenz der elektromagnetischen Wellen.

Nutzung der Atomenergie Uhr

Die Zeit-Standard von Atomuhren ist sehr präzise. Aufgrund ihrer hohen Genauigkeit, werden sie an den Standorten der Zeitsignale und verschiedene Radio-Navigationssystem Sendern wie Long Range Aid to Navigation (LORAN) verwendet. Internationale zeitliche Verteilung Dienste verwenden die Atomuhr als ihre primäre Standard.

Die GPS-Navigationssystem Signale werden von Atomuhren gesteuert. Ein GPS-Tracking-System besteht aus insgesamt 27 Satelliten und jeder von ihnen haben 3 Atomuhren. Die Atomuhren helfen bei der Messung die exakte Position eines Fahrzeugs in einer sehr präzisen Weise. Bei einer Bodenstation empfängt der GPS-Einheit Signale von vier verschiedenen Satelliten und die Positionierung anhand der Zeitdifferenzen der Signale von jenen vier Satelliten.

Es gibt einige Langwellen-und Mittelwellen-Sender, die Atomuhren nutzen, um eine genaue Trägerfrequenz liefern. Weitere Kommunikations-Unternehmen, wie mobile Dienste und Internet-Dienste auch nutzen Atomuhren aus dem gleichen Grund.

Einige andere Zweige der Wissenschaft nutzen auch Atomuhren. In der Geologie, werden sie verwendet, um Verschiebungen in der Erdkruste zu messen. In der Radioastronomie, sind sie für das Studium unterschiedlichen Eigenschaften der Wellen, die von verschiedenen Himmelsobjekten emittiert werden.

Ständige Forschung ist, um die Atomuhr zuverlässiger und genauer. Anstrengungen sind auch gemacht, um seine Größe zu reduzieren und machen es erschwinglich für die Massen. Die Möglichkeit, von einigen anderen Anwendungen, für Verbraucher-oder wissenschaftliche Zwecke, werden ebenfalls untersucht. Wir hoffen, eine bessere Nutzung der Konsistenz und Leistung von Atomuhren machen und größeren Nutzen ziehen aus ihnen.
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