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
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
Funcionamento básico
Circuitoeletrônico
Cristal de quartzo
Motor Engrenagens Ponteiros
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)
Funcionamento básico
Circuitoeletrônico
Cristal de quartzo
Motor Engrenagens Ponteiros
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
Funcionamento básico
Circuitoeletrônico
Cristal de quartzo
Motor Engrenagens Ponteiros
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
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