A física do relógio de quartzo Germano Maioli Penello.

A física do relógio de quartzo

Germano Maioli Penello

Motivação

Controlar horas de trabalho; Cronometrar experiências; Marcar encontros!

Necessidades de calcular períodos de tempo menores que o dia, mês lunar e ano.

Exemplos

Relógios de Sol; Baldes de água com furos

(Clepsidra); Ampulheta; Relógios de Pêndulos; Relógio de Quartzo; Relógios Atômicos;

Clepsidra Ateniense

Minha Clepsidra

Relógios

Baseados em movimentos regulares no tempo.

Movimento do Sol;Enchimento do balde;Escoamento da areia;Oscilações de um pêndulo;Oscilações do cristal de quartzo;Emissões radiativas de um átomo.

Minha motivação

Inverter o sentido de rotação de um relógio de quartzo.

Funcionamento básico

Circuitoeletrônico

Cristal de quartzo

Motor Engrenagens Ponteiros

Bat

eria

Cristal de quartzo

Propriedade piezoelétrica.

www.explainthatstuff.com/quartzclockwatch.html

Tensões mecânicas Diferença de potencial

http://www.uq.edu.au/_School_Science_Lessons/32.1.1.2.GIF

Piezoeletricidade

Dipolos elétricos em domínios de Weiss

(1) Cerâmica ferroelétrica não polarizada(2) Durante e(3) Após a polarização.Cristal piezoelétrico

http://www.physikinstrumente.com/tutorial/4_15.html

Cristal de quartzo

http://members.iinet.net.au/~fotoplot/accqf.htmhttp://www.explainthatstuff.com/quartzclockwatch.html

Diapasão

http://en.wikipedia.org/wiki/Tuning_fork

Circular

E – módulo de Young

Quadrado

f0 = 3.52

Vibra basicamente em apenas uma frequência fundamental .

Cristal de quartzo

Frequencia - 32,768 Hz = 215 Hz


Circuitoeletrônico

Cristal de quartzo


Bat

eria

Circuito eletrônico

R

L

C

Oscilador Harmônico Amortecido Forçado

http://www.ced.ufsc.br/men5185/trabalhos/A2005_outros/36_parque/balanco.html

R – perdas de energiaL – massa do cristalC – C1 – capacitância dos eletrodos

C1

Comparação

Oscilador Harmônico Amortecido Forçado:

Circuito RLC:

Ressonância

Fator Q

Q = ω0 / γ

http://en.wikipedia.org

Oscilação no quartzo

A mesma ressonância observada em microfonias!

Ruído elétrico

Oscilação mecânica

Oscilação na voltagem

Amplificação

Frequência natural de Oscilação do quartzo – 215 Hz

Circuitocontador

Circuito contador

Circuitocontador

Frequência natural de Oscilação do quartzo – 32768 Hz = 215 Hz

Contador binário de 215

A cada 215 pulsos o contador fornece um pulso na saída;

Ou seja, a cada 215 pulsos, um segundo é contado!

Exemplo de erro: Oscilador a 33000 -> 33000 / 32768 = 1,007080078

1,007080078*60*60*24 = 87012 -> 612 s a mais por dia (relógio 10,2 min adiantado no fim do dia)


Circuitoeletrônico

Cristal de quartzo


Bat

eria

Motor

Transformar o pulso elétrico em movimento mecânico.

http://ewh.ieee.org/soc/es/Nov1998/12/BEGIN.HTM

Campo magnético

Em um solenóide infinito:

B = μ0 I n z

B.dl = μ0 Iin

BL = μ0 (n L) I

B = μ0 n I z

n – número de voltas

I

B

Campo magnético

B

Em um solenóide infinito:

B = μ0 I n z

B.dl = μ0 Iin

BL = μ0 (n L) I

B = μ0 n I z

n – número de voltas

I

B

Campo magnético

Torque em um campo magnético uniforme

N = m x B

http://satie.if.usp.br/cursos/aulas_fis3/notas_de_aula/node80.html

Motor

m

B

m

B

m

Motor

http://www.infolytica.com/en/coolstuff/ex0101/

Funcionamento

http://sound.westhost.com/clocks/motors.html


Circuitoeletrônico

Cristal de quartzo


Bat

eria

Engrenagens

Motor

½ volta – 1 s

http://mysite.du.edu/~jcalvert/tech/quartz.htm

0 – Motor 1 – Ponteiro dos segundos 2 – Motor-segundo conversor 3 – Segundo-minuto 4 – Ponteiro dos minutos 5 – Minuto-hora 6 – Ponteiro das horas

Por dentro do relógio

http://sound.westhost.com/clocks/motors.html

Missão cumprida

A física do relógio de quartzo Germano Maioli Penello.

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