Física Experimental Aula_4 Trabalho

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1 Física Experimental Aula_4 Trabalho

2 Circuitos AC Introdução 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 Geradores Transformações de energia AC geradores : fontes : Energia Água/barragens (alternadores) óleo gás fusão nuclear eólica solar Física Experimental - V. E. 3

4 Conversão energia mecânica eléctrica e = dφ dt m Φ m = B. ds 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 Diferentes escritas V(θ) = A sin θ V(t) = A sin ωt V(t) = A sin 2πt/T V(t) = A sin 2πft Notação complexa Física Experimental - V. E. 7

8 Movimento harmónico simples MHS MHS (sin, cos ) Física Experimental - V. E. 8

9 Caracterização de uma onda Amplitude (A) deslocamento máximo Período (T) Tempo de descrever um ciclo Frequência (f) número de ciclos/unid. de tempo Angular: w (rad/s) Frequência cíclica: f (Hz) Fase: ø 1 ciclo por segundo = 1 Hertz T=1/f Física Experimental - V. E. 9

10 Comparação com/sem escovas (Maq. ferramenta/ventoinha computador) Física Experimental - V. E. 10

11 Motor sem escovas (Brushless) Sem escovas Física Experimental - V. E. 11

12 Gerador de sinais 200 MHz Gerador de sinais, por ex Física Experimental - V. E. 12

13 Aquisição de dados experimental Ligar o circuito a partir do diagrama esquemático Acoplar os instrumentos de medida sem interferir no circuito Realizar um teste Proceder à aquisição e registo de dados experimentais (v.g. I,V) Exemplo: Canal 1 Canal Física Experimental - V. E. 13

14 Tipos de funções Sinusoidal Quadrada Triangular Multímetro limitado Sinal sinusoidal Baixas frequências Fenómenos muito lentos! Física Experimental - V. E. 14

15 Osciloscópio Hameg (manual) Equip. Labo Física Experimental - V. E. 15

16 Osciloscópio Painel frontal Física Experimental - V. E. 16

17 Canal 1/2 + Base de tempo Física Experimental - V. E. 17

18 Canal 1/2 Painel de controlo Física Experimental - V. E. 18

19 Princípio de funcionamento Diagrama de blocos Física Experimental - V. E. 19

20 Painel de controlo selecção Vêr: apêndice: Trabalho Física Experimental - V. E. 20

21 Trajectória electrão... (Vêr pag.134 (Referência 5) Física Experimental - V. E. 21

22 Trajectória electrão (cont) Física Experimental - V. E. 22

23 Aplicações dos díodos I Rectificação da tensão Rectificador de tensão : ~AC - DC Rectificador de meia onda Rectificador de onda completa Física Experimental - V. E. 23

24 Díodo ideal : R = 0 e C = 0 O díodo ideal conduz quando v i >0 e visto que R = 0 v 0ut v i Para v i < 0, o díodo está em circuito aberto (não há praticamente passagem de corrente) e v 0ut Física Experimental - V. E. 24

25 Díodo ideal : R = 0, C = 0 V > 0 V V i i 0 Vi < 0 V Física Experimental - V. E. 25

26 Rectificador meia - onda Física Experimental - V. E. 26

27 Díodo real! Rectificador meia-onda A Física Experimental - V. E. 27

28 Díodo ideal... R=C=0 Rectificador meia - onda sinθ θ 0 V ( média) A d π 1 = + 2π 0 = A A [ cosπ cos 0] 31.2% A 2π = π = Física Experimental - V. E. 28

29 Circuito em AC- díodo sinal + (RC) Física Experimental - V. E. 29

30 Rectificador de onda completa Diodo ideal: R =0 C= Física Experimental - V. E. 30

31 Rectificador onda - completa Valor médio Física Experimental - V. E. 31

32 Rectificador: ponte Física Experimental - V. E. 32

33 Exploração do osciloscópio Instrumentos de medida II Controlo do feixe electrónico Desvio do feixe electrónico Física Experimental - V. E. 33

34 Osciloscópio - Placas de desvio x xt () = rsinθ = sinθ r x + y = r y yt () = rcosθ = cosθ r Modo XY Física Experimental - V. E. 34

35 Osciloscópio - Base de tempo Varrimento Física Experimental - V. E. 35

36 Osciloscópio Composição: sinal+base tempo Sinal observado Controlo de retorno do sinal Física Experimental - V. E. 36

37 Osciloscópio Estabilização imagem Condição: τ = nt D Alvo osciloscópio Física Experimental - V. E. 37

38 Sinal : Sinal V= 8 V V DC = 2 V V: Referência (ground) Valor pico Periodo V pico-pico Física Experimental - V. E. 38

39 Diferença de fase: (grau/rad) Sinais observados no osciloscópio Dif. Diferença fase de fase Física Experimental - V. E. 39

40 Offset: 3V OFFset: gerador sinais Modo DC versus MODO AC Modo DC: sinal+offset Modo AC: sinal (corta comp.continua) Física Experimental - V. E. 40

41 Circuitos eléctricos em AC: R, C, L, RC, RL, Díodos!!! Circuitos em AC Osciloscópio Gerador de sinais Medição de sinais em AC Próximos desenvolvimentos Generalização da Lei de Ohm Conceito de impedância Física Experimental - V. E. 41

42 Análise de circuitos Regresso ao circuito divisor de tensão Circuito envolvendo apenas resistências: V out V in R2 ( ) = S ( ) R 1 R + 2 R 2 Z R real : não depende da frequência : w R Vt (),(): it emfase Física Experimental - V. E. 42

43 Lei de OHM (em ~AC) Lei de Ohm generalizada V = RI V = Z I em que : Z, I e V são entidades complexas!!! Física Experimental - V. E. 43

44 Reescrever : 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 R C = R 1 jwc Z L = jwl Z V ( out) = V Z2 in Z + Z Física Experimental - V. E. 44

45 Osciloscópio Instrumento medida II Trabalho2 Osciloscópio. Medição de tensões alternadas Física Experimental - V. E. 45

46 Sinal rectificado de um díodo sinal (osciloscópio) Figura observada Física Experimental - V. E. 46

47 Curva característica IV de um díodo de sinal Física Experimental - V. E. 47