UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA EEL7040 Circuitos Elétricos I - Laboratório PRIMEIRA LISTA DE EXERCÍCIOS

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA EEL7040 Circuitos Elétricos I - Laboratório PRIMEIRA LISTA DE EXERCÍCIOS 1) Comentar sobre os seguintes tipos de erros: a. Erro (de forma genérica); b. Erro absoluto; c. Erro relativo; d. Erro relativo percentual; e. Erro de classe; f. Erro de leitura (multímetro analógico e multímetro digital); g. Erro de inserção do voltímetro; h. Erro de inserção do amperímetro; i. Erro propagado; j. Erro devido à tolerância de componentes. 2) Qual a diferença, em termos de medidas, dos instrumentos de bobina móvel e imã permanente dos instrumentos de ferro móvel? 3) Comparando-se o multímetro digital Dawer DM 2020 e o multímetro analógico Engro 484, com o primeiro na escala de 20 V e o segundo na escala de 30 V, ambas as escalas em tensão contínua, qual deles é mais preciso? Justifique. 4) Para os instrumentos da questão 3, nas mesmas escalas, qual o erro máximo cometido ao medir tensão contínua com os mesmos? 5) Foram realizadas diversas medidas com o instrumento mostrado na figura 1. Preencha a tabela abaixo adequadamente. Medida Grandeza Escala Valor lido Erro associado (valor ± erro) unidade Tensão CC 30 V a Tensão CA 120 V Corrente CC 3 ma Tensão CC 30 V b Tensão CA 120 V Corrente CC 3 ma Tensão CC 30 V c Tensão CA 120 V Corrente CC 3 ma EEL7040 Circuitos Elétricos I Laboratório 2006/1 1/7

2 a b c Figura 1 - Medidas realizadas com o multímetro analógico. 6) Considerando o circuito mostrado na figura 2, determine a faixa de variação da tensão de saída (V o ) para cada item abaixo, preenchendo a tabela a seguir. V f R 2 V o R 1 Figura 2 - Circuito para questão 6. V f fonte de tensão de 15 V; R 1 = 1,0 kω ± 10% com potência de 1/8 W; R 2 = 1,5 kω ± 10% com potência de 1/8 W. a. Desprezando a tolerância dos resistores e considerando o multímetro ideal; b. Desprezando a tolerância dos resistores e considerando a resistência interna do multímetro analógico; c. Desprezando a tolerância dos resistores e considerando a resistência interna do multímetro digital; d. Considerando a tolerância dos resistores e a resistência interna do multímetro analógico; e. Considerando a tolerância dos resistores e a resistência interna do multímetro digital; f. Considerando a tolerância dos resistores, a resistência interna e o erro máximo ao realizar a medida (leitura classe) para o multímetro analógico; g. Considerando a tolerância dos resistores, a resistência interna e o erro máximo ao realizar a medida (leitura classe) para o multímetro digital. Note que nesta questão, inicialmente se supõe todos os componentes ideais e, por final, nos itens f e g se tem uma estimativa da medida com bastante rigor científico. Os resistores usados nos exercícios não são necessariamente de valores comerciais. EEL7040 Circuitos Elétricos I Laboratório 2006/1 2/7

3 Item a b c d e f g Valor mínimo Valor máximo 7) Considerando o circuito mostrado na figura 3, determine a faixa de variação da corrente na carga (I RL ) para cada item abaixo, preenchendo a tabela a seguir. V f R 1 R 2 I RL R L Figura 3 - Circuito para questão 7. V f fonte de tensão de 15 V; R 1 = 100 Ω ± 10% com potência de 1/8 W; R 2 = 100 Ω ± 10% com potência de 1/8 W; R L = 50 Ω ± 10% com potência de 1/8 W. a. Desprezando a tolerância dos resistores e considerando o multímetro ideal; b. Desprezando a tolerância dos resistores e considerando a resistência interna do multímetro analógico; c. Desprezando a tolerância dos resistores e considerando a resistência interna do multímetro digital; d. Considerando a tolerância dos resistores e a resistência interna do multímetro analógico; e. Considerando a tolerância dos resistores e a resistência interna do multímetro digital; f. Considerando a tolerância dos resistores, a resistência interna e o erro máximo ao realizar a medida (leitura classe) para o multímetro analógico; g. Considerando a tolerância dos resistores, a resistência interna e o erro máximo ao realizar a medida (leitura classe) para o multímetro digital. Item a b c d e f g Valor mínimo [ma] Valor máximo [ma] EEL7040 Circuitos Elétricos I Laboratório 2006/1 3/7

4 8) Na questão n o 6, considerando o valor encontrado no item a como valor verdadeiro ou nominal, qual foi o maior erro relativo percentual cometido na medição? O erro relativo percentual para menos e para mais é igual? 9) Na questão n o 7, considerando o valor encontrado no item a como valor verdadeiro ou nominal, qual foi o maior erro relativo percentual cometido na medição? 10) Algum dos resistores usados nas questões n o 6 e n o 7 poderiam aquecer demasiadamente? 11) Explique como você poderia usar a questão n o 6 para comprovar a segunda lei de Kirchhoff, denominada de lei das malhas. 12) Explique como você poderia usar a questão n o 7 para comprovar a primeira lei de Kirchhoff, denominada de lei dos nós. 13) Deseja-se demonstrar para um grupo de estudantes os métodos indiretos de medida de resistência, volt-ampère a jusante e a montante. Dispondo de uma fonte de tensão contínua de 15 V e de resistores de 5% de tolerância, além de um multímetro analógico Engro 484 e de um multímetro digital Dawer DM 2020, sugira um arranjo (ligação de voltímetro e amperímetro, escolhendo ou V-A a jusante ou V-A a montante) e valores de resistores que minimizem os erros de inserção dos instrumentos. Considere que os estudantes desconhecem qualquer erro associado às leituras, por isso irão considerar os componentes ideais. 14) A questão 13 poderia ser usada para comprovar a lei de Ohm? Justifique. 15) Para o gerador de sinais da bancada, que possui uma resistência de saída de 50 Ω, para qual valor de carga ligada em sua saída ocorreria a máxima transferência de potência do gerador para a carga? 16) Considerando o circuito da figura 4, explique como comprovar o teorema da superposição, tomando como variável de saída a corrente na carga (I RL ). R1 R 2 V 1 R L I RL V 2 Figura 4 - Circuito para comprovar o teorema da superposição. 17) Explique se é possível comprovar o teorema da superposição usando o circuito da figura 5. a. Se for possível, quais os procedimentos que seriam adotados e que valores seriam esperados? b. Além disso, o sentido atribuído a corrente I RL estaria correto? c. O resistor iria aquecer demasiadamente? d. Se for usado um resistor de valor muito baixo (resistência pequena), qual das fontes seria danificada por sobrecorrente? EEL7040 Circuitos Elétricos I Laboratório 2006/1 4/7

5 V 1 I RL R L V RL V 2 Figura 5 - Circuito para questão 17. V 1 fonte de tensão de 5 V; V 2 fonte de tensão de 15 V; R L = 1 kω ± 5% com potência de 1/8 W. 18) Considerando um osciloscópio digital, estime os valores lidos na tela para as figuras 6 a 9. Figura 6 - Medidas realizadas com Figura 7 - Medidas realizadas com Figura 8 - Medidas realizadas com Figura 9 - Medidas realizadas com EEL7040 Circuitos Elétricos I Laboratório 2006/1 5/7

6 As figuras das questões referentes ao osciloscópio foram obtidas com o software de simulação de circuitos Psim versão demo 7, disponível em Figura Canal 1 Canal 2 19) Considerando um osciloscópio digital, estime os valores lidos na tela para as figuras 10 e 11. Figura 10 - Medidas realizadas com Figura 11 - Medidas realizadas com Figura Grandeza Tensão pico a pico Tensão de pico Tensão eficaz Tensão pico a pico Tensão de pico Tensão eficaz Canal 1 Canal 2 20) Determine a defasagem em segundos, milisegundos ou microsegundos e em graus considerando as figuras 12 e 13. Escolha o canal 1 como referência. Figura Grandeza Tempo Ângulo Tempo Ângulo Canal 1 [µs, ms, s ou graus] Canal 2 [µs, ms, s ou graus] EEL7040 Circuitos Elétricos I Laboratório 2006/1 6/7

7 Figura 12 - Medidas realizadas com Figura 13 - Medidas realizadas com EEL7040 Circuitos Elétricos I Laboratório 2006/1 7/7