Regras de Kirchoff dos circuitos eléctricos. Descarga de um condensador. Verificar experimentalmente as regras de Kirchoff para circuitos eléctricos.

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Maria Eduarda Martins Gama
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1 Guião de Laboratório Física MEC FEUP DEF egras de Kirchoff dos circuitos eléctricos. Descarga de um condensador Objectivos: Uso de instrumentos de medida eléctricos. Verificar experimentalmente as regras de Kirchoff para circuitos eléctricos. Verificar a lei exponencial da descarga de um condensador. ecomendações: Devem preparar com antecedência o trabalho prático. Devem trazer máquina de calcular. Devem deixar a bancada de trabalho arrumada. ntrodução teórica Um dos objectivos deste trabalho experimental é verificar as regras de Kirchoff dos circuitos eléctricos. Para isso, iremos usar várias resistências e uma pilha, de forma a construir um circuito como o representado na figura A D V 4 C B E Figura As regras de Kirchoff resultam de duas leis de conservação fundamentais: conservação da energia e conservação da carga. Podem ser enunciadas, respectivamente, da seguinte forma Ao longo de um circuito fechado, a soma das diferenças de potencial é nula. A soma das correntes que entram num nó tem de ser igual à soma das correntes que partem desse nó.

2 Para o circuito representado, escolhendo as malhas da esquerda e da direita e qualquer dos nós A ou B, da aplicação das leis de Kirchhof resulta + V = 0 ( + 4 ) = 0 = + A partir destas equações é possível determinar a corrente em cada uma das resistências. No caso deste circuito, as correntes também podem ser determinadas usando as regras das associações de resistências. Experimentalmente, mede-se o valor o valor de e V, em cada resistência. Com esses valores calcula-se a corrente e compara-se com o valor teórico previsto. O outro objectivo deste trabalho é verificar a lei exponencial da descarga de um condensador. Quando ligado a uma pilha, um condensador carrega muito rapidamente, porque a resistência interna da pilha é pequena. No entanto, o processo de descarga através de um voltímetro é muito mais lento, pois a resistência interna do voltímetro, v, é muito grande. Medindo a d.d.p. no condensador, em diferentes instantes, reproduz-se a curva exponencial da carga, (ou da diferença de potencial, Q = CV ), em função do tempo, dada por V (t) = V 0 e t vc, onde V 0 é a diferença de potencial no condensador no instante inicial. Tomando o logarítmo desta expressão, resulta ln (V ) = ln (V 0 ) t v C O conjunto de pontos experimentais, (t, V (t)), é representado numa escala semilogarítmica e ajustado a uma recta cujo declive é v C, onde vc representa a constante temporal do circuito.

3 Breve descrição das experiências a realizar O aparelho de medida da figura, designado por multímetro, permite medir grandezas físicas num circuito eléctrico, como diferença de potencial e corrente, mas também grandezas físicas típicas dos componentes de circuitos como resistência e capacidade. Para montar circuitos eléctrico usa-se uma placa designada por placa de protótipos (breadboard em inglês). Nessa placa, os pontos das colunas laterais, indicadas com sinais + e, estão todos ligados entre si. Geralmente nesses pontos ligam-se as fontes de alimentação do circuito. No nosso trabalho podemos não usar essas colunas. Nas colunas da esquerda de a a e, os pontos da mesma linha estão ligados entre si, mas desligados de todos os outros, em particular dos pontos das colunas do lado direito. nicialmente, mede-se o valor de cada uma das resistências, usando para isso a função correspondente no multímetro. Depois de montar um circuito semelhante ao da Fig., mede-se a diferença de potencial em cada uma das resistências, Na segunda parte da aula, faz-se a descarga de um condensador no voltímetro, montando o circuito indicado na Fig. e mede-se a queda de tensão na resistência em instantes sucessivos. v C r V Figura

4 Preparação da actividade laboratorial MEC - Física Grupo: Turma: Data: Este questionário é para ser respondido em grupo e entregue no início da aula de laboratório! Devem justificar todas as respostas Considere os seguintes valores para o circuito da Figura do guião: =.9 kω, = kω, 4 = 5 kω e V = 0 V. = kω,. Calcule as correntes em todas as resistências usando as leis de Kirchoff, indicadas no guião. (Sugestão: epresente o sistema da forma matricial e use a regra de Cramer para determinar as correntes).. Usando as regras de associação de resistências, verifique o resultado obtido em. Não se esqueça que a corrente nas resistência em série é igual e a diferença de potencial nas resistência em paralelo é igual.

5 Na descarga do condensador através da resistência do voltímetro, registaram-se os seguintes valores da tensão V, em função do tempo. t/s V /V epresente o gráfico de lnv em função de t. ln V t (s). Trace a reta que melhor se ajusta aos pontos do gráfico.. Determine o declive da recta.. 4. Qual o valor da constante temporal do circuito?.

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