Sistemas e Circuitos Eléctricos

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1 Sistemas e Circuitos Eléctricos 1º Ano/1º Semestre EACI 1º Laboratório: Introdução ao Material de Laboratório Pretende-se nesta aula de laboratório que o aluno se familiarize com o material/equipamento que irá utilizar ao longo do semestre nos diversos trabalhos de laboratório da cadeira de Sistemas e Circuitos Eléctricos. Este enunciado contem uma breve descrição dos conceitos teóricos essenciais para tirar partido das experiências/montagens a realizar. Conceitos Teóricos 1. Constituição da Matéria Toda a matéria na natureza é constituída por partículas denominadas átomos. Estes, por sua vez, são constituídos por um certo número de partículas: protões e neutrões agrupados num núcleo, em volta do qual giram em várias orbitas outras partículas denominadas electrões. O protão é uma partícula com carga eléctrica positiva, enquanto que o electrão tem carga eléctrica negativa. O neutrão é electricamente neutro. As cargas eléctricas de sinal contrário atraem-se enquanto que cargas eléctricas do mesmo sinal se repelem. Quando num átomo o número de electrões é igual ao número de protões este está electricamente neutro. No entanto os electrões da orbita mais afastada do núcleo são menos atraídos por este, podendo saltar da sua orbita passando a denominarem-se de electrões livres. Quando um átomo perde electrões fica carregado positivamente. Figura 1: Átomo - 1/7 -

2 2. Potencial Eléctrico Entre dois corpos electricamente carregados define-se a diferença de potencial ou tensão eléctrica, como sendo a diferença entre os estados eléctricos dos dois corpos. Figura 2: Diferença de potencial de dois corpos Na figura 2 o estado eléctrico dos corpos são diferentes dado que em A as cargas estão mais concentradas do que no corpo B. Ligando os dois corpos por meio de um fio metálico, há deslocamento de cargas até que o estado eléctrico dos dois corpos se iguale, o que se verifica quando a densidade de cargas for igual, figura 3. Figura 3: Dois corpos com o mesmo potencial A tensão eléctrica é indicada por meio de uma seta que vai do condutor com potencial mais levado para o condutor de menor potencial. A unidade de medida da tensão é o volt V. Em baixo apresentam-se valores típicos de tensão: Pilha vulgar: 1.5 V Bateria automóvel: 12V Rede de energia eléctrica: 220V/380V - 2/7 -

3 3. Corrente Eléctrica Como foi visto anteriormente, quando dois corpos de potencial diferente são ligados há movimentos das cargas eléctricas do corpo de potencial mais elevado para o outro constituindo uma corrente eléctrica. Quando a igualdade dos potenciais se atinge a corrente pára. Para que a diferença de potencial se mantenha é necessário um gerador/fonte de alimentação. Quando um gerador é ligado num circuito fechado a corrente é obrigada a circular por este denominando-se circuito eléctrico. a. Sentido da Corrente Eléctrica O sentido convencional da corrente eléctrica define que a corrente eléctrica, são cargas positivas que se deslocam do corpo de potencial mais elevado para o de menor potencial, esta convenção torna mais simples a análise e interpretação de grande parte dos circuitos. No entanto o sentido real da corrente eléctrica é o contrário, pois as partículas que tem liberdade de movimento são os electrões, assim sendo a corrente estabelece-se por deslocamento de electrões do corpo de menor potencial para o de maior potencial. b. Intensidade A corrente eléctrica define-se como um transporte de carga eléctrica ou quantidade de electricidade Q, por unidade de tempo. A quantidade de electricidade mede-se em Coulomb C e a carga de 1C corresponde à carga de 6.25x10 18 electrões. Q I = t A unidade da corrente é o Ampere A. Valores típicos de intensidade de corrente eléctrica: Rádios: dezenas de ma Lâmpadas: A Descargas atmosféricas: 25kA-200kA - 3/7 -

4 c. Efeitos da Corrente Eléctrica Efeito Calorífico: Quando um condutor é percorrido por corrente eléctrica aquece. Efeito Magnético: A passagem de corrente eléctrica provoca o aparecimento de um campo magnético (este tema será abordado mais tarde). 5. Resistência Eléctrica A resistência eléctrica de um corpo é a oposição que este faz à passagem da corrente eléctrica, ou seja, a maior ou menor facilidade com que se deixa atravessar pelas cargas eléctricas (electrões). A palavra resistência significa, em electrotecnia, um dispositivo que pode ser intercalado nos circuitos com a finalidade de limitar a intensidade da corrente eléctrica. Símbolo: O valor das resistências encontra-se codificado por cores segundo a tabela do anexo. 6. Fontes de Alimentação A função das fontes de alimentação ou geradores é de movimentar os electrões no circuito eléctrico, ou seja, gerar corrente eléctrica. Para isso o gerador estabelece uma tensão ou diferença de potencial aos seus terminais. Existem geradores de corrente continua cc (corrente num só sentido) ou corrente alternada (corrente nos dois sentidos) Símbolos: Pilha/Bateria Fonte Alimentação CC Fonte Alimentação AC 7. Aparelhos de Medida Para se saber o que se está a passar num circuito eléctrico, ou seja, saber por exemplo os valores de tensão impostos a uma carga receptora ou a corrente que circula no circuito, - 4/7 -

5 ou ainda a energia que este consome num dado intervalo de tempo temos de intercalar no circuito aparelhos de medida. Os mais comuns são: a. Amperímetro: Mede a intensidade da corrente eléctrica. Estes são instalados em série no circuito. b. Voltímetro: Mede a tensão (diferença de potencial entre dois pontos do circuito). O voltímetro é ligado em paralelo no circuito. c. Ohmímetro: Mede a resistência de determinado elemento à passagem de corrente. d. Multímetro: Esta aparelho acumula a funções dos apresentados anteriormente. Para tal o utilizador selecciona qual o tipo de medida deseja realizar, realiza a ligação respectiva e efectua a leitura. Nesta aula será descrita em pormenor a utilização do aparelho. Experiência 1 Circuito Corrente Continua : Com esta experiência pretende-se ilustrar os conceitos introduzidos na parte teórica do enunciado. - 5/7 -

6 Para a montagem do circuito da figura, será necessária a utilização do seguinte material de laboratório: - 1 Fonte de Alimentação CC - 1 Multímetro - 1 Osciloscópio - 1 Resistência de 120 Ω - Breadboard - Condutores Montagem: 1. Confirme o valor da resistência utilizando o Multímetro. 2. Monte o circuito 3. Regule a fonte de tensão para 5V 4. Meça e registe o valor da corrente que circula no circuito. 5. Meça e registe o valor da diferença de potencial aos terminais da resistência e da fonte de tensão. 6. Utilize o osciloscópio para visualizar a forma de onde à saída da fonte de tensão, bem como para medir o valor disponibilizado por esta. Experiência 2 Circuito Corrente Alternada Nesta experiência pretende-se que o aluno visualize formas de onda alternadas. Nesta montagem será utilizado o seguinte material de laboratório: - 1 Gerador de Sinais - 1 Osciloscópio Ligue directamente o gerador de sinais ao osciloscópio e observe as formas de onda para sinais alternados com forma sinusoidal, rectangular e triangular. NOTAS - Antes de montar os circuito espere pela explicação do docente sobre a utilização dos equipamentos envolvidos (breadboard, fonte de alimentação, aparelhos de medida...) - Após a montagem do circuito não o ligue, nem realize as medidas pedidas, sem a confirmação do docente. - 6/7 -

7 Questionário Uma vez realizadas as montagens o aluno deverá responder ao questionário, entregando-o ao docente, no final da aula: 1. Compare e comente o valor da resistência enunciado pelo código de cores e o obtido por medida no ohmímetro. 2. Como se deve ligar o amperímetro para realizar a medida de uma corrente eléctrica? E o voltímetro? 3. Compare e comente os valores de tensão aos terminais da fonte de alimentação e da resistência. 4. Compare e comente os valores de tensão da fonte de alimentação medidos pelo multímetro e pelo osciloscópio. 5. Que tipo de forma de onda disponibiliza a rede eléctrica? E a bateria de um automóvel? Grupo: Nº: Nº: Nº: Nome: Nome: Nome: Horário: Data: - 7/7 -