4. LABORATÓRIO 4 - CAPACITORES

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1 LABORATÓRIO 4 - CAPACITORES 4.1 OBJETIOS Após completar essas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de : (a) usar o osciloscópio para medir as tensões em um circuito R/C em série. (b) Determinar o ângulo de fase em circuitos R/C em série a partir de valores medidos. (c) Determinar a tensão de entrada de um circuito em série R/C a partir de valores medidos. (d) Determinar a impedância de um circuito R/C em série a partir de valores medidos. (e) Determinar a corrente total a partir da corrente derivada medida. (f) Determinar a impedância a partir de valores medidos de corrente e tensão. (g) Determinar a impedância a partir de valores componentes. 4.2 EQUIPAMENTO 1 Osciloscópio - Traço duplo

2 4-2 1 Gerador de função 1 Unidade central de processamento PU Placa de circuito impresso EB DISCUSSÃO CIRCUITOS R/C EM SÉRIE Usam-se vetores girantes, chamados fasores, para representar as ondas senoidais da corrente e da tensão em circuitos de corrente alternada. 0 fasor de corrente é mostrado no eixo horizontal, ou de referência. I R R 90º φ Ângulo de Fase ent c ent φ c c Figura (a)diagrama Fasorial (b)triângulo da Tensão

3 4-3 0 valor da tensão de entrada pode ser determinado a partir de valores medidos em circuitos e da equação seguinte: = ent R C (4.1) 0 ângulo de fase também pode ser determinado a partir de valores medidos em um circuito: 1 Ângulo de Fase = φ = Tan C R (4.2) A forma polar da tensão de entrada ent é dada por: ent = φ (4.3) ent circuito: A impedância pode ser determinada a partir de valores medidos no Z = ent φ I 0º (4.4) A impedância também pode ser determinada a partir de valores componentes do triângulo de impedância.

4 Z = R + X tan C X R C Z φ R X c Figura Triângulo da Impedância 4.4 PROCEDIMENTO 1. Conecte R1 (1000 ohms) e C2 (lµf) em série, como mostra a Figura 4. 3, e conecte o gerador de função ao circuito. Figura Circuito R/C em Série

5 Ajuste o gerador de função para 500Hz e 3 p-p. Meça a tensão com um osciloscópio. 3. Use o osciloscópio em seu modo diferencial para medir a tensão de entrada, a tensão através de R1 e C2 e a corrente no circuito em série. TENSÃO DE ENTRADA TENSÃO EM R1 TENSÃO EM C2 ALOR DA CORRENTE 4. Tomando a corrente medida em R2 como referência, meça a fase da tensão de C2 e a tensão de entrada ent. FASE C2 FASE DA TENSÃO DE ENTRADA 5. Repita esta experiência usando a combinação em série de C1 e R3 como mostra a Figura 4. 4.

6 4-6 TENSÃO DE ENTRADA TENSÃO EM R3 FASE DE R3 TENSÃO EM C1 ALOR DA CORRENTE FASE DA TENSÃO DE ENTRADA Figura Circuito R/C em Série

7 OBSERAÇÕES a) Qual a soma das magnitudes das tensões através de R1 e C2? Por que essa soma não é igual à tensão aplicada? b) Qual a diferença de fase entre a corrente medida em R2 e a tensão do resistor (R3) medida em 5? c) Qual a diferença de fase entre a corrente medida em R2 e as tensões do capacitor? d) Calcule a impedância em série a 500HZ de R1 e C2 em magnitude e fase, a partir do seu conhecimento dos componentes, usando as fórmulas dadas. e) Encontre a impedância em série dividindo a tensão pela corrente medida em 3. Até que ponto os dois valores se eqüivalem? f) Calcule a impedância em série de C1 e R3 a partir de seus valores, e compare com a impedância obtida experimentalmente.

8 DISCUSSÃO CIRCUITO RC EM PARALELO No circuito R/C em paralelo, a tensão de entrada (ent) é usada como referência no diagrama fasorial da Figura 4. 5(a), porque só há uma tensão no circuito. A corrente total pode ser determinada a partir dos valores medidos no triângulo da corrente na Figura 4. 5(b). I c I T φ I T φ I c IN I R I R Figura (a):diagrama Fasorial da Corrente (b):triângulo da Corrente Temos, então: I I I = t r c A forma polar da corrente total é dada por: Ic tan (4.5) Ir I T = I φ (4.6) T

9 4-9 A impedância pode ser obtida dos valores medidos pela lei de Ohm.: Z = ent 0º I φ (4.7) A impedância pode ser calculada de valores componentes usando o triângulo da corrente, ou pode-se trabalhar com o triângulo de admitâncias mostado na Fig Condutância = G = R 1 Susceptância = B = X 1 Admitância = Y = Z p c (4.8) 0 valor da admitância é: Y G B = + E a impedância pode também ser calculada como: B tan (4.9) G Z = 1 (4.10) Y Y IT = φ B = I c G = I R Figura 4. 6 Triângulo de Admitância

10 PROCEDIMENTO 1. Conecte C2 e R3 como circuito paralelo. Conecte o gerador de função como mostra a Figura Figura 4. 7 Circuito R/C em Paralelo 2. Ajuste o gerador de função para 4p-p de salda a 500Hz. Meça a tensão com um osciloscópio. 3. Com R3 desconectado, meça a magnitude e a fase da corrente em C2 relativa à tensão de entrada. Registre seus resultados na Fig. 8.

11 Reconecte R3 e desconecte C2. Meça a intensidade e a fase da corrente através de R3. Registre seus resultados na Figura Com R3 e C2 conectados meça a intensidade da corrente e a fase através da combinação em paralelo. Registre seus resultados na Figura TENSÃO DE ENTRADA CORRENTE EM C2 CORRENTE EM R3 CORRENTE TOTAL ma FASE ma FASE ma FASE Figura Corrente e Fase com R3, C2 6. Repita esta seqüência de medidas usando R3 e C3. Registre seus resultados na Figura TENSÃO DE ENTRADA CORRENTE EM C3 CORRENTE EM R3 CORRENTE TOTAL ma FASE ma FASE ma FASE Figura 4. 9 Corrente e Fase com R3, C3

12 OBSERAÇÕES a) Por que a intensidade da corrente total não é igual à soma das intensidades de corrente em C2 e R3? b)some as correntes em C2 e R3 e subtraia a corrente total medida em 6. O resultado confirma a aplicação da LCK? c) Calcule a impedância experimental de C2 e R3 em paralelo dividindo a tensão de entrada pela corrente total. d) Compare este valor com o calculado a partir dos valores componentes. e) Compare a impedância teórica de C3 e R3 à obtida pela divisão da tensão pela corrente total no circuito.