Laboratório de Física UVV

Transcrição

1 1/9 arga e Descarga de apacitores Objetivos: Levantar as curvas características de carga e descarga de capacitores; Determinar a capacitância através das curvas ln( i) tempo na carga e descarga. Equipamentos: Fios bananabanana; 2 multímetros; 2 apacitores eletrolíticos (4700µF/25 e 1000µF/25); 2 esistores (ver necessidades abaixo); 1 ronômetro de manual; 1 Fonte de limentação D. Observações: Nenhum equipamento ou circuito elétrico deve ser ligado sem a autorização do professor; Mantenha a fonte desligada até que as escalas dos equipamentos estejam devidamente determinadas e selecionadas (veja os procedimentos mais abaixo); O capacitor utilizado neste experimento é conhecido como apacitor Eletrolítico. Estes capacitores possuem grande capacidade de armazenamento de carga, no entanto eles são dispositivos polarizados, retendo a carga adequadamente somente quanto polarizados no sentido correto. Em caso de polarização incorreta, a tensão no capacitor deve aumentar somente até em torno de 5. Se insistir em aplicar mais potencial elétrico sobre o dispositivo, isto apenas irá aumentar a corrente de fuga através das placas do capacitor, elevando sua temperatura e, eventualmente, culminando em uma abrupta explosão. Dimensionar Escalas e esistências ntes de iniciar a montagem do circuito é necessário escolher um resistor para fazer conjunto com cada capacitor, de tal modo que o tempo característico de carga/descarga (τ) seja da ordem de 100s. Este tempo não é a duração do experimento, é apenas o tempo necessário para que a tensão no circuito aumente para 63% da tensão da fonte, no entanto o experimento ainda deve durar de 3 a 5 minutos. alcule também a corrente máxima no circuito (t=0) e determine as escalas para medir a corrente e tensão no circuito. oloque estes dados nas tabelas a seguir:

2 2/9 onjunto 1: esistência (kω) apacitância (μf) τ (s) alculado Nominal Medido orrente (m) Tensão () Máxima 12 Escala onjunto 2: esistência (kω) apacitância (μf) τ (s) alculado Nominal Medido orrente (m) Tensão () Máxima 12 Escala arregar o apacitor om as escalas determinadas o circuito já pode ser montado sem riscos. Siga as instruções a seguir para realizar a montagem do circuito: Inicialmente regule a tensão na fonte em 12, com o auxílio do voltímetro. Feito isto desligue a fonte; com a fonte desligada, monte primeiro o circuito básico, com a fonte de alimentação, amperímetro, resistor e o capacitor, todos em série como ilustra a Figura 1(a); em seguida adicione o voltímetro em paralelo com o capacitor, conforme a Figura 1(b); e depois adicione um curtocircuito (um fio) ligando os terminais do capacitor, Figura 1 (c). Este curtocircuito é necessário para garantir que o capacitor não carregue, até que seja dado início ao experimento, perpetuando assim o instante inicial do experimento (t=0) até o momento de iniciar o experimento.

3 3/9 off off on (a) (b) (c) Figura 1: ircuito de carga: (a) Montagem básica, (b) com voltímetro e (c) com o curtocircuito. om o circuito montado já pode ligar a fonte para dar início ao experimento. Porem, antes de iniciar, leia com atenção as orientações para o término do processo de carga, apresentadas a seguir: o terminar o experimento: não religue o curtocircuito, pois isto pode danificar o capacitor além de causar centelhas. Esta carga será necessária para realizar as medidas de descarga, a seguir; deixe a fonte ligada e passe a leitura dos procedimentos para as medidas de descarga; Os procedimentos a seguir explicam como o experimento deve ser realizado. Leia tudo antes de iniciar a execução do experimento: anote as medidas iniciais de corrente/tensão (t=0), antes de remover o curtocircuito; com o cronômetro em mãos, remova o curtocircuito e dispare o cronômetro simultaneamente, Figura 2; a cada 10s meça a corrente/tensão no circuito, registrando seus valores; proceda o experimento até que a tensão no capacitor atinja aproximadamente 90% da tensão da fonte; ao terminar o experimento não desligue nada e faça, imediatamente, a leitura dos procedimentos de descarga. Preencha a tabela a seguir com os dados de carga medidos: on Figura 2: arregando o apacitor

4 4/9 arga no apacitor 1: Instante (s) I ( ) ( ) Instante (s) I ( ) ( )

5 5/9 Descarregar o apacitor O Processo de descarga necessita de algumas alterações no circuito, no entanto elas devem ser feitas sem deligar nada! Os procedimentos a seguir devem ser realizados com precisão para evitar manifestações indesejadas: emova o cabo do terminal positivo da fonte e conecte ao negativo, conforme a Figura 3(a), conexão a, abaixo; oloque o curtocircuito entre o polo positivo do capacitor e o positivo da fonte, Figura 3(b). Isto irá manter o capacitor carregado com a tensão da fonte, até o início do processo de descarga. om isto o circuito está pronto para iniciar a descarga. Os procedimentos a seguir iniciam o processo de descarga: anote as medidas iniciais de corrente/tensão (t=0), antes de remover o curtocircuito; para iniciar a descarga, remova a ponta do curto, representada pela seta vermelha na Figura 3(b) e dispare simultaneamente o cronômetro para marcar os intervalos de 10s, como feitos no processo de carga do capacitor. Este procedimento remove a fonte do circuito, permitindo ao capacitor descarregar sobre o resistor; omo na carga, meça a corrente/tensão no capacitor em intervalos regulares de 10s, até que a tensão no capacitor caia a 10% do seu valo inicial. on on a a (a) (b) Figura 3: Montagem do circuito para o procedimento de descarga do capacitor Preencha a tabela a segui com os dados de descarga no capacitor:

6 6/9 Descarga no apacitor 1: Instante (s) I ( ) ( ) Instante (s) I ( ) ( )

7 7/9 epita os procedimentos para o segundo conjunto. arga no apacitor 2: Instante (s) I ( ) ( ) Instante (s) I ( ) ( )

8 8/9 Descarregar no apacitor 2: Instante (s) I ( ) ( ) Instante (s) I ( ) ( )

9 9/9 elatório: Monte o gráfico Tensão vs. Tempo e orrente vs. Tempo para a carga e a descarga de cada capacitor. erifique a concordância entre os resultados experimentais e a teoria; Determine os valores das capacitâncias por regressão exponencial ou linear (inclinação no gráfico ln(orrente) vs. Tempo), para carga e a descara de cada capacitor. Formulário: τ= =I = q i= dq dt i 0 =/ q 0 = q=q 0 (1 e t/ ) t / q=q 0 e carga tempo característico para 63% de carga/descarga em um circuito lei de Ohm tensão no capacitor definição de corrente máxima corrente no circuito máxima carga no capacitor carga no capacitor durante o processo de carga no capacitor durante o processo de descarga omposição: i=i 0 e t/ τ i= i 0 e t / τ corrente no capacitor durante a carga corrente no capacitor durante a descarga c =(1 e t / τ ) tensão no capacitor durante a carga c = e t/ τ tensão no capacitor durante a descarga ln(i)=ln(i 0 ) (1/ )t para o gráfico ln(orrente) vs. Tempo