Física Experimental III. SALAS 413 e 415

Transcrição

1 Física Experimental III SALAS 413 e

2 Conteúdo I Experimentos Roteiros 7 1 Noções de circuitos elétricos Material Introdução Voltagem Corrente elétrica Resistência Associação de resistores em série Associação de resistores em paralelo Leis de Kirchhoff Lei das correntes de Kirchhoff Lei das tensões de Kirchhoff Introdução ao uso dos equipamentos Fonte de alimentação DC Amperímetro Voltímetro 15

3 Multímetro digital: medidas de tensão e corrente Protoboard Procedimentos Experimentais Procedimento 1: Lei de Ohm Procedimento II: Lei das tensões de Kirchhoff e associação em série Procedimento III: Lei das correntes de Kirchhoff e associação em paralelo 20 2 Gerador de funções e osciloscópio Material Introdução A onda quadrada Gerador de funções Operação básica Representação do gerador em um diagrama Osciloscópio digital Tela do osciloscópio Informações básicas sobre operação Representação do osciloscópio em um diagrama Procedimentos Experimentais Procedimento I: seleção dos parâmetros da forma de onda no gerador de funções e medida de amplitude Procedimento II: ajuste automático e controle de trigger Procedimento III : execução de medidas com diferentes escalas Procedimento IV: utilizando o menu de medidas Procedimento V: usando os cursores. 37

4 Procedimento VI: observação de 2 formas de onda simultaneamente Procedimento VII: adicionando valores constantes aos sinais Transientes em circuitos RC e RL Material Introdução Capacitores Circuitos RC Indutores Circuitos RL Procedimentos experimentais Procedimento I Procedimento II Procedimento III Procedimento IV Procedimento V 56 4 Circuitos RLC com onda quadrada Material Introdução Procedimentos experimentais Procedimento I: constante de tempo e frequência de oscilação do circuito RLC Procedimento II: transição do regime sub-crítico para o regime supercrítico Circuitos resistivos com onda senoidal Material 69

5 4 5.2 Introdução Sinais senoidais Resistores em corrente alternada Procedimentos experimentais Procedimento I: uso do multímetro e do osciloscópio para medidas de tensão alternada Procedimento II: circuitos resistivos com tensão senoidal 75 6 Circuitos RC e RL com C. A Material Introdução Circuitos RC Procedimentos experimentais Procedimento I: verificação do análogo da lei de Ohm para capacitores Material Introdução Circuitos RL Procedimentos experimentais Procedimento II: medida da diferença de fase e da reatância indutiva de um circuito RL 94 7 Filtros de frequência Material Introdução Filtros usando circuitos RC Filtro passa-baixa Filtro passa-alta 97

6 Frequência de corte Transmitância e diagrama de Bode Procedimentos Experimentais Procedimento I: filtro passa-alta Procedimento II: filtro passa-baixa Circuitos RLC com corrente alternada: ressonância Material Introdução Circuitos RLC em série Potência média Circuitos RLC em paralelo Procedimentos experimentais Procedimento I: análise da amplitude de corrente no circuito RLC em série Procedimento II: análise da amplitude de corrente no circuito RLC em paralelo Procedimento III: determinação da frequência de ressonância pela diferença de fase 118 II Relatórios e Pré-relatórios 124

7 Introdução Esta apostila contem o material completo para o curso de Física Experimental III (FIN 231), oferecido pelo Instituto de Física - UFRJ. O material inclui os roteiros para os procedimentos experimentais, os pré-relatórios e os relatórios. O curso pretende ser complementar ao curso de Física III, que tem como objeto de estudo os fenômenos elétricos e magnéticos. Este curso experimental tem um escopo um pouco mais restrito (porém não menos interessante), tendo por objetivo o estudo de circuitos elétricos simples. Ele aborda conceitos relacionados à medição de grandezas elétricas e à observação de propriedades básicas de alguns elementos simples usados em circuitos elétricos, tais como resistores, capacitores e indutores, bem como as características básicas de circuitos resistivos simples (circuitos RC, RL e RLC). O que se espera ao final desse curso é que os estudantes sejam capazes de montar circuitos elétricos simples e realizar medidas sobre eles, e que tenham assimilado os principais conceitos relacionados ao seu funcionamento, tanto do ponto de vista teórico, como do ponto de vista experimental. Este material faz parte de um amplo processo de reformulação das disciplinas básicas de Física Experimental, iniciado no final de 2012 pela Coordenadoria do Ciclo Básico. Os responsáveis por este material são os professores Irina Nasteva e Kazu Akiba, a quem correções e sugestões devem ser enviadas, pelos endereços kazu@if.ufrj.br e irina@if.ufrj.br.