A física do relógio de quartzo Germano Maioli Penello

Motivação Necessidades de calcular períodos de tempo menores que o dia, mês lunar e ano. Controlar horas de trabalho; Cronometrar experiências; Marcar encontros!

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 Circuito eletrônico Cristal de quartzo Bateria Motor Engrenagens Ponteiros

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Cristal de quartzo Propriedade piezoelétrica. Tensões mecânicas Diferença de potencial Propriedade piezoelétrica. www.explainthatstuff.com/quartzclockwatch.html http://www.uq.edu.au/_School_Science_Lessons/32.1.1.2.GIF

Piezoeletricidade Dipolos elétricos em domínios de Weiss Cerâmica ferroelétrica não polarizada Durante e Após a polarização. Cristal piezoelétrico http://www.physikinstrumente.com/tutorial/4_15.html

Cristal de quartzo http://www.explainthatstuff.com/quartzclockwatch.html http://members.iinet.net.au/~fotoplot/accqf.htm

Diapasão Vibra basicamente em apenas uma frequência fundamental . Quadrado Circular E – módulo de Young f0 = 3.52 http://en.wikipedia.org/wiki/Tuning_fork

Cristal de quartzo Frequencia - 32,768 Hz = 215 Hz

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Circuito eletrônico Oscilador Harmônico Amortecido Forçado R C1 L C R – perdas de energia L – massa do cristal C – C1 – capacitância dos eletrodos Oscilador Harmônico Amortecido Forçado R C1 L C http://www.ced.ufsc.br/men5185/trabalhos/A2005_outros/36_parque/balanco.html

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 A mesma ressonância observada em microfonias! Oscilação mecânica Oscilação na voltagem Amplificação Frequência natural de Oscilação do quartzo – 215 Hz Circuito contador

Circuito contador Frequência natural de Oscilação do quartzo – 32768 Hz = 215 Hz Circuito contador 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)

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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.dl = μ0 Iin B BL = μ0 (n L) I ^ B = μ0 n I z I B = μ0 I n z ^ n – número de voltas

Campo magnético Em um solenóide infinito: B.dl = μ0 Iin B BL = μ0 (n L) I B ^ B = μ0 n I z I B = μ0 I n z ^ n – número de voltas

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 m m B B

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

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

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Engrenagens Motor ½ volta – 1 s 0 – Motor 1 – Ponteiro dos segundos 2 – Motor-segundo conversor 3 – Segundo-minuto 4 – Ponteiro dos minutos 5 – Minuto-hora 6 – Ponteiro das horas http://mysite.du.edu/~jcalvert/tech/quartz.htm

Por dentro do relógio http://sound.westhost.com/clocks/motors.html

Missão cumprida