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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);
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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 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
Vibra basicamente em apenas uma frequência fundamental . Diapasão 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 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
A mesma ressonância observada em microfonias! Oscilação no quartzo Ruído elétrico 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 ^ I z ^ 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 ^ I z ^ B = μ0 I n z n – número de voltas
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
B m B Motor m m
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