Física Experimental Aula_5

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1 Física Experimental Aula_5 Trabalho 3 Circuitos básicos -L-C

2 Circuitos AC Introdução (evisão) Tensões alternadas (formas de onda) Tensão sinusoidal AC Onda quadrada Onda triangular Onda dente de serra Outras Gerador de tensão AC Permite criar estas tensões AC Este instrumento faz parte do equipamento básico. Conhecimento das funções trigonométricas básicas Física Experimental - V. E. 2

3 Conversão energia mecânica eléctrica e d dt m m B. ds Física Experimental - V. E. 3

4 AC Corrente/tensão alternada Fontes: baterias, pilhas secas, (limitações!) Força electromotriz (f.e.m.) db dt d BdS. B m sin d t Escovas i I sin( t ) d Física Experimental - V. E. 4

5 Espira rectangular Príncipio de funcionamento dos motores df I dl B B : devido ao iman ( FIXO!) Física Experimental - V. E. 5

6 Lei de Faraday Física Experimental - V. E. 6

7 Gerador de sinais 200 MHz Gerador de sinais, por ex Física Experimental - V. E. 7

8 Osciloscópio Hameg (manual) Equip. Labo Física Experimental - V. E. 8

9 Princípio de funcionamento Diagrama de blocos Física Experimental - V. E. 9

10 Painel de controlo selecção Vêr: apêndice: Trabalho Física Experimental - V. E. 10

11 Trajectória electrão... (Vêr pag.134 (eferência 5) Física Experimental - V. E. 11

12 Trajectória electrão (cont) Física Experimental - V. E. 12

13 Exploração do osciloscópio Instrumentos de medida II Controlo do feixe electrónico Desvio do feixe electrónico Física Experimental - V. E. 13

14 Osciloscópio - Placas de desvio x xt () rsin sin r x y r y yt () rcos cos r Modo XY Física Experimental - V. E. 14

15 Osciloscópio - Base de tempo Varrimento Física Experimental - V. E. 15

16 Osciloscópio Composição: sinal+base tempo Sinal observado Controlo de retorno do sinal Física Experimental - V. E. 16

17 Osciloscópio Estabilização imagem Condição: nt D Alvo osciloscópio Física Experimental - V. E. 17

18 Sinal : Sinal V= 8 V V DC = 2 V V: eferência (ground) Valor pico Periodo V pico-pico Física Experimental - V. E. 18

19 Diferença de fase: (grau/rad) Sinais observados no osciloscópio Dif. Diferença fase de fase Física Experimental - V. E. 19

20 Offset: 3V OFFset: gerador sinais Modo DC versus MODO AC Modo DC: sinal+offset Modo AC: sinal (corta comp.continua) Física Experimental - V. E. 20

21 Circuitos eléctricos em AC:, C, L, C, L, Díodos!!! Várias combinações Circuitos em AC Osciloscópio Gerador de sinais Medição de sinais em AC Próximos desenvolvimentos Modificação da Lei de Ohm Conceito de impedância Sua representação Física Experimental - V. E. 21

22 Análise de circuitos egresso ao circuito divisor de tensão Circuito envolvendo apenas resistências: V out V in 2 ( ) S ( ) Z real : não depende da frequência : w Vt (),(): it emfase Física Experimental - V. E. 22

23 Lei de OHM (em ~AC) Lei de Ohm modificada V I V Z I em que : Z, I e V são entidades complexas!!! Física Experimental - V. E. 23

24 eescrever : lei de Ohm para circuitos em DC C, L : introduzem d.d.f. entre as ondas de tensão e corrente (v(t), i(t) : desfasadas! Ø=?) Circuito divisor tensão Z Z C 1 jwc Z L jwl Z V ( out) V Z2 in Z Z Física Experimental - V. E. 24

25 Osciloscópio Instrumento medida II Trabalho 3 Osciloscópio. Circuito L Impedância: Z = + jwl V I V Z I em que : Z jwl Parte real Parte imaginária : resistência( pura); Z jwl : impedância da bobina L Física Experimental - V. E. 25

26 Inductância ideal L, =0 Efeito da inductância l Edl d dt B. di L dt fluxo Se i percorre uma bobina: V L di L dt Física Experimental - V. E. 26

27 Ondas de tensão e corrente Inductância L (=0) Física Experimental - V. E. 27

28 Bobina ideal L: V L e i(t) Fonte sinusoidal: Vt () Vcos( wt) o di VL L Vocos( wt) dt e Vo Vo I sin( wt) cos( wt ) I w L wl wl 2 Potência P=VI V o 1 PVI cos( wt) sin( wt) Parmazenada : 0 e LI wl Física Experimental - V. E. 28

29 Evolução da potência da bobina Curva A: Tensão aplicada Curva B: Potência absorvida pelo inductor Curva C: Energia armazenada no inductor Física Experimental - V. E. 29

30 Conceito de fase Onda de tensão e onda de corrente Circuito L I atrasada relativamente à onda de tensão V L avançada relativamente à corrente Fase: tg 1 wl Varia com a frequência : resistência total( pura); Z wl : impedância da bobina L Física Experimental - V. E. 30

31 Energia da bobina : U=(1/2)LI 2 L (henry) On - Off Fluxo magnético B LI Onda quadrada Física Experimental - V. E. 31

32 Processo de carga da bobina Indutância : origem de uma f.e.m. que se opõe à variação de corrente Fonte tensão contínua di V fonte L I 0: Lei das malhas dt LdI V I dt di dt Eq. diferencial var iáveis separadas V I L t V L It () (1 e ) L com () s Física Experimental - V. E. 32

33 epresentação gráfica i(t) i(t=0 s)=0 A; resist.total; L: indutância i(t) vs t t V It () (1 e L ) I V 1 ( ) (1 e ) e 2, Física Experimental - V. E. 33

34 esumo: Circuito L V () t i() t V () t i() t di() t di VL() t L VL() t dt dt Circuito L V () t i() t di() t VL () t L dt t V L It () (1 e ) L com () s Física Experimental - V. E. 34

35 epresentação gráfica i Dissipação da energia da bobina através da resistência Variação da corrente i(t) I (t) em função do tempo t V V L it () e ) e t L Física Experimental - V. E. 35

36 Função de transferência: T(w) Definição Circuito L T( w) V V out in Z Z out total T Ganho G T jwl ( wl) 2 2 jwl wl T G Ganho GL T L jwl ( wl) Física Experimental - V. E. 36

37 Conceito de filtro Filtros : Passa-baixo + filtro passa-alto + filtro passa-banda w 0, G T 1 Frequências baixas w, G T 1 Frequências elevadas w w w Passa banda 1 x Física Experimental - V. E. 37

38 Circuito LC Vector girante Vector girante circuito L Física Experimental - V. E. 38