A física do relógio de quartzo

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 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

9. 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

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

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

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 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

15. Comparação Oscilador Harmônico Amortecido Forçado: Circuito RLC:

16. Ressonância Fator Q Q = ω0 / γ http://en.wikipedia.org

17. 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

18. 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)

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

20. Motor • Transformar o pulso elétrico em movimento mecânico. http://ewh.ieee.org/soc/es/Nov1998/12/BEGIN.HTM

21. 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

22. 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

23. 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

24. B m B Motor m m

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

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

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

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

30. Missão cumprida