A física do relógio de quartzo

Apresentação em tema: "A física do relógio de quartzo"— Transcrição da apresentação:

1 A física do relógio de quartzo
Germano Maioli Penello

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

3 Exemplos Relógios de Sol; Baldes de água com furos (Clepsidra);
Ampulheta; Relógios de Pêndulos; Relógio de Quartzo; Relógios Atômicos; Clepsidra Ateniense Minha Clepsidra

4 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.

5 Minha motivação Inverter o sentido de rotação de um relógio de quartzo.

6 Funcionamento básico Circuito eletrônico Cristal de quartzo Bateria
Motor Engrenagens Ponteiros

7 Funcionamento básico Circuito eletrônico Cristal de quartzo Bateria
Motor Engrenagens Ponteiros

8 Cristal de quartzo Propriedade piezoelétrica.
Tensões mecânicas Diferença de potencial Propriedade piezoelétrica.

9 Piezoeletricidade Dipolos elétricos em domínios de Weiss
Cerâmica ferroelétrica não polarizada Durante e Após a polarização. Cristal piezoelétrico

10 Cristal de quartzo

11 Diapasão Vibra basicamente em apenas uma frequência fundamental .
Quadrado Circular E – módulo de Young f0 = 3.52

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

13 Funcionamento básico Circuito eletrônico Cristal de quartzo Bateria
Motor Engrenagens Ponteiros

14 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

15 Comparação Oscilador Harmônico Amortecido Forçado: Circuito RLC:

16 Ressonância Fator Q Q = ω0 / γ

17 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

18 Circuito contador Frequência natural de
Oscilação do quartzo – 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 > / = 1, 1, *60*60*24 = > 612 s a mais por dia (relógio 10,2 min adiantado no fim do dia)

19 Funcionamento básico Circuito eletrônico Cristal de quartzo Bateria
Motor Engrenagens Ponteiros

20 Motor Transformar o pulso elétrico em movimento mecânico.

21 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

22 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

23 Torque em um campo magnético
uniforme N = m x B

24 Motor m m m B B

25 Motor

26 Funcionamento

27 Funcionamento básico Circuito eletrônico Cristal de quartzo Bateria
Motor Engrenagens Ponteiros

28 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

29 Por dentro do relógio

30 Missão cumprida