为什么我的表走时会不准?磁场是怎么作用的?

总感觉自己的表没手机准时诶……是因为受磁场影响吗?还是它就是坏了(._.)

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9个答案
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瘦驼科学松鼠会成员

2016-04-13 18:44

没坏,是因为磁场的影响。

摸得到的摸不到的磁场

万物皆磁。电弱力(电磁力和弱相互作用)、强相互作用和引力是我们这个世界的三根支柱。电生磁磁生电,生生不息。

但在蒙昧年代,我们似乎并不太会感受到磁的力量,除了偶尔找到磁铁矿石。这些仿佛有灵性的磁石慢慢昭示出一个事实,我们脚下的这个地球,仿佛就是一枚大磁石。1640年,英国人吉尔伯特(William Gilbert)率先提出了这一假想。两百年后,一个德国人“顺手”证明了这个问题。这个德国人就是高斯(Carl Friedrich Gauss),天妒人怨的高斯。谁怨?每一个挂在大学高数上的不用功的孩子都怨他。这个号称智商340的德国穷孩子在数论、代数学和微分几何领域都做过开创性的工作,人称数学王子,与阿基米德和牛顿并称三大数学家。他捣鼓出了让非欧几何体系,却觉得不够成熟就那么扔在书架上。几十年后,非欧几何成为爱因斯坦手中最有力的理论武器。尤为难得的是,高斯并不是个纯理论宅男,他还是天文学家、大地测量学家和有线电报的发明人之一。

当年高斯顺手做的地磁学研究让后人用他的名字命名了磁场强度单位。

地球表面的地磁场强度大约是0.5高斯。高斯是个很小的单位,一个冰箱贴表面的磁场强度也有50高斯那么多。即便地磁场这么弱,它依旧是包括人类在内的所有生物的生命屏障。正是这遍布全球的磁场让来自太阳的带电粒子偏转,就像科幻片里的防护盾。去年上映的热片《火星救援》里最大的bug就是其中的火星舱没有考虑防辐射。火星现在的磁场非常微弱,从太阳砸过来的各种粒子会直接轰击火星表面。即便我们贱贱的男主角靠土豆活过了几个月,他也有很大的可能会因为辐射患上癌症。

后来,人们制造出了强大的电磁铁和永磁体,磁的力量越来越大,用高斯就有点不方便了。这时候,另一个人类奇才前来救场,这位的名头现在可比高斯大——特斯拉。1特斯拉=10000高斯,当然,这事儿跟二位奇才的实际贡献并没有什么关系。

下次碰到万磁王,记得问问他你有多少特斯拉。音乐会的大喇叭里的磁铁大概能有1特斯拉。医院里的核磁共振仪产生的磁场强度能有10特斯拉,那也是普通人能接触到的最强的磁场。在核磁共振检查室里不能有任何铁磁性的部件,否则一开机都会变成炮弹飞进机器里。


摸不到的磁场如何影响世界的节奏

几乎在人类开始研究地球磁场的同时,两个欧洲人着手研究世界的节奏。在他俩之前,最有节奏感的人造物品是单摆。给定一个摆的长度,就确定了它的频率,不管摆动的幅度有多大。今天,用单摆来计时的摆钟已经难得一见。年轻人更多从练琴时哒哒作响的节拍器中了解这一计时原理。摆钟太大,钟摆需要很多能量维持摆动,并且很容易被干扰。17世纪后半叶,英国人虎克(Robert Hooke)和荷兰人惠更斯(Christiaan Huygens)分别独立发明出了游丝摆轮系统。这两位大神都是理论水平深厚动手能力极强的全才。如果把二人的研究领域和成就列出来,你甚至会以为这俩是同一个人的分身,他俩都对力学和光学感兴趣,分别独立发现了螺旋弹簧的振动等时性和土星的光环。基于第一个共同发现,他俩分别造出了自己的游丝摆轮系统。所谓游丝摆轮,就是用螺旋弹簧加转轮取代钟摆。由于惠更斯更早向公众展示了游丝摆轮,虎克也曾经暴跳如雷过。要说虎克的情绪实在是不够稳定,他为人处世不够圆滑,一生树敌甚多。立的最大的敌人就是后辈牛顿,要不是数学功底不如牛顿,万有引力定律根本轮不到牛顿来“首创”。还好,在条件稳定的前提下,虎克和惠更斯设计的每一套游丝摆轮都有自己独特而稳定的振动频率,利用这个频率,就可以计时。

惠更斯发明的游丝摆轮系统的绘图,于1675年发表。(图片来源:Wikipedia)

自那以后,几乎所有的机械表都以此为核心。一代又一代钟表工匠打造出了越来越精密的游丝摆轮,游丝的宽度甚至低到了微米级别,真的是细若游丝。本来它们在西欧的语言中只是弹簧的意思,这个中文翻译可谓形神兼备。这些不停振动往复的小玩意儿不但成了人类操纵自己手指制作出来的最精细的物品,也给世界赋予了稳定而准确的节奏。

然而,在高斯的年代,钟表匠们发现了一个问题,跟磁有关的问题。传统的游丝是以铁为基础的合金制成,这些合金游丝稳定性优良。但是无论表匠们如何精益求精,它们造出来的表仍然会有稳定的误差,挥之不去的误差,这让“处女座”的表匠们坐卧不安。最终揪出来的罪魁祸首就是无所不在又宛若无物的地磁场。铁和其他一些金属在磁场中会被磁化,本身带上磁性。这些磁力虽然非常微弱,但足以让游丝失衡。更要命的是,地磁并不是一个恒定的干扰,在不同的纬度不同的海拔地磁强度都不一样。万磁王打败了钟表匠。


钟表抗磁技术的发展

作为回击,钟表设计师们从两个方面入手抵御磁场。最佳的选择当然是用不会被磁场磁化的材料制作手表中的游丝摆轮和其他系统。事实上一个多世纪以来,他们确实在不断努力寻找更好的游丝摆轮材料,各种合金,精巧的配比,特别的工艺。但这些材料都没有摆脱铁基合金的框框。确实,除了不抗磁,这些铁基合金太适合做游丝了。要颠覆冶金工业,谈何容易。于是退而求其次,钟表设计师以退为进。既然不能让游丝摆轮和手表零件抗磁,我就加一个防磁的保护罩。有趣的是,做保护罩的最佳材料,居然是铁——纯铁。由于纯铁硬度不高,因此在钟表界被称为软铁。铁太听磁场的话了,太容易被磁化,磁场消失的时候又会迅速退磁。这就好比给大楼加了一个“避磁针”,有磁场,先找我。

在过去几十年,如果手表对抗磁有特殊的需求,比如航空表,比如潜水表,首选的方案就是用一个软铁盒把机芯包裹起来。即便牺牲掉日历窗,但是总要留个孔穿表轴吧,所以总会有磁场泄漏进机芯。而且磁场如果太大了,软铁也力有不逮。

在近几十年,软铁盒防磁技术还遭遇了一个让钟表匠很郁闷的麻烦——你们知道自己造出来的表有多精细,我也想知道啊。所以,手表越来越透。开始是背透,让人欣赏游丝摆轮和擒纵系统,后来连表盘也要透了。让铁变透明,真的做不到啊。


颠覆——硅游丝

突破竟然来自一种常见到再也不能常见的物质——硅。如果按重量计算,在元素周期表中位列第十四好汉的硅是宇宙中第八多的元素。在地壳中更是排名第二,仅次于氧。然而,直到1823年,人类才见到了纯的硅,提纯这种活泼的元素并不容易。

纯硅是深灰色的,闪着妖冶的金属光泽。从各种性质上讲这种半导体非金属材料都很像金属,熔点都与铁近似;导热性能良好;硬度达到了莫氏7度,远高于大部分金属,高硬度让它的弹性优良。硅的密度很小,只有铁的不到三分之一。更重要的是,它没有铁磁性。

如果用它做游丝,弹性与传统金属游丝无差;更轻,只需更小的驱动力,可以让发条一次蓄能走表更久;不!怕!磁!再见了,软铁暗箱。


硅时代的手工艺极致

说着简单,硅毕竟不是我们驾轻就熟的传统金属材料,冶炼、加工、拉丝、盘丝,这些传统钟表业界的工艺,在硅面前,大眼瞪小眼。

创新就是打破传统舒适区。金属材料是传统钟表业的舒适区。然而,如果钟表匠走出舒适区,他就会发现,世界变了。

从20世纪下半叶开始,人类社会进入了硅时代。以硅为代表的半导体工业让人类社会的面貌天翻地覆。曾经有那么一段时间,钟表业界是感受过这股潮流的。廉价但精确的石英表曾经一度让手艺精良的钟表匠失眠。石英,正是二氧化硅晶体。

一场虚惊。石英表并没有把机械表赶进博物馆。精细的机械结构给人带来的魔法光环反而更闪耀了。可想而知,传统表人在某一时刻是鄙夷硅的。

所以,会有人打破舒适区,向前走。

2008年,欧米茄发布了Si14硅材料游丝。它基于微电子业界的深反应离子蚀刻(DRIE)技术生产,让游丝的加工精度上了一个数量级。加工出来的游丝表面经过特殊处理,让它不但抗磁,还能达到强度和热稳定性的完美平衡。除了硅游丝,欧米茄还在抗磁机芯上使用了防磁和非磁材料制作的摆轮、擒纵叉、同轴轮、冲击轮等部件。要革新,就来个彻底。

这让它的防磁机芯的防磁水平直接从高斯升到了特斯拉——在1.5T特斯拉的强磁场下,它仍旧可以走时分秒不差。

而且这次,没有了软铁盒,你想怎么看都可以。硅时代的技术,让机械更有魔力和美感。

2014年12月,欧米茄与瑞士联邦计量研究院(METAS)宣布合作推出全新腕表认证程序——至臻天文台认证(master chronometer certification)。尊霸腕表成为世界上第一款达到这个认证标准的产品。至臻天文台表认证程序包括长达10天8项的严苛测试,包括腕表的防水性能、精准度以及在15,000高斯强磁场环境中的防磁性能,确保每一枚腕表远远超出制表行业长期以来的规范标准。毫无疑问,欧米茄不局限于日常生活中的磁场大小,而是用前瞻性和锐意创新给腕表订立了全新的标准。很期待这样的门槛能刺激后来者各显其能,推动钟表技术的进步。

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支持者: Greatgrandfather nasdaq

又见这样自问自答的软文

不过真的挺好看。

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支持者: Greatgrandfather

机械表要是非常追求准度,那就得加好多零了。

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闭着眼睛走路的涼咖啡吃吃吃喝喝喝玩玩玩开心

2016-04-13 18:39

隐约记得好像有辣种防磁的手表吧。。。

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迪们IT达人,科技控

2016-04-13 18:46

这个好像真的会受到磁场的影响,我记得去沙漠徒步的时候,我的表就失灵了,然后手持gps也出了问题,还好碰见其他的驴友,要不然差点没活着走出来,后来回来查了好多资料,发现真的是磁场的影响。

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内部消息有良心的内部员工

2016-04-13 19:13

我就问一声,是不是电子表?

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如果把小块的工程磁铁布成一个阵列是不是可以防辐射啊?

不带电的怎么防,伽马射线这些?

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右京样一内科学博士在读|业余信科爱好者

2016-04-14 19:12

大部分MRI设备的磁感应强度只有1.5T或者3T……我已知的最强MRI是9.8T的,脑子扫出来的效果那叫一个精细,解剖书里那些图都可以下岗了……

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箱子中的薛定谔化工学士,学士后

2016-04-15 17:37

手机还会联网校时。。。

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