Figura 1 Circuito capacitivo em série.

Transcrição

1 ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO FACULDADE DE ENGENHARIA DE RESENDE ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA Disciplina: Laboratório de Circuitos Elétricos Corrente Contínua 1. Objetivo A característica de um dispositivo armazenar energia na forma de carga estática é uma das propriedades fundamental da eletricidade. Visto que esta característica é fundamental, é muito importante que o estudante de engenharia se familiarize com isto. A proposta desse experimento é examinar como uma carga elétrica é distribuída por um circuito multi-elementos.. Discussão A unidade de carga elétrica é o coulomb e é definida como uma carga equivalente a elétrons. A corrente em ampères qual flui no circuito pode ser encontrada na Equação 1. Onde: t é o tempo em segundos durante o qual a corrente flui; é a carga movida em colombs. Se a corrente é conhecida, a carga, pode, é claro ser encontrada rearranjando os temos da Equação 1. I = Equação 1 t A capacidade de um circuito pode ser definido como a relação da carga acumulada em coulombs para o potencial em volts necessário para mover a carga conforme é mostrado na Equação. C = Equação E A unidade de capacidade é o farad. O nome foi derivado do nome de Michael Faraday quem fez muitas contribuições para a teoria da eletricidade. A atenção deve ser voltada para a Figura 1 onde dois capacitores estão ligados em série. Se a corrente I flui pelo circuito por um tempo t, a carga total movida no circuito será conforme aparece na Equação T = I t Equação Figura 1 Circuito capacitivo em série. Uma vez que esta corrente flui através de ambos os capacitores C1 e C ao mesmo tempo, suas respectivas cargas são: 1 = I t e = I t

2 Comparando os resultados de 1 e, com a carga total T pode-se chegar à Equação 4. T = 1 = Equação 4 O relacionamento da Equação 4 diz que quando os elementos capacitivos são carregados em série, a carga de cada capacitor será igual à carga total. Agora a atenção deve ser voltada para circuito capacitivo em paralelo mostrado na Figura. Novamente deve-se supor que a corrente I T flui no circuito em um tempo t. Da lei da corrente de Kirchhoff sabe-se que a corrente se dividirá em entre os dois ramos e deve obedecer à Equação 5. Figura Circuito capacitivo em paralelo I T = I 1 + I Equação 5 Sabe-se que cada uma das correntes flui durante o mesmo tempo tem-se: I T t = I t + I t 1 Comparando esta condição com a dada pela Equação tem-se a Equação 6: T = 1 + Equação 6 Ou em outras palavras a carga total armazenada pelo circuito em paralelo será igual à soma das cargas dos componentes.. Material Item Nomenclatura Descrição uantidade 01 C1 e C Capacitor Eletrolítico 10µF 50 V 01 0 C Capacitor Eletrolítico 1µF 50 V 01 0 F1 Fonte de Alimentação DC ajustável V1 Voltímetro Digital Prot-o-board Fios Jumpers para prot-o-board vários 07 Fios de Ligação Banana - Jacaré vários 4. Procedimento 4.1. Monte o circuito da Figura. 4.. Ajuste a fonte de alimentação F1 para 0 volts.

3 4.. Deixe o voltímetro desconectado do circuito Calcule a carga total T no capacitor de 10 µf e anote na Tabela 1. Figura Ligação da fonte ao capacitor 4.5. Monte um outro circuito paralelo com os capacitores de 10 µf e o de 1 µf conforme Figura 4 Figura 4 Ligação pedida no item Desconecte o capacitor C1 da fonte de 0 volts. Esse capacitor será usado como uma fonte de carga conhecida T Conecte o capacitor carregado no circuito já montado conforme pedido no item 4.5. Essa operação exige algum cuidado que qualquer carga armazenada escoe através do corpo. Este escoamento de carga pode ser evitado montando o circuito de forma que a ligação deste capacitor para o novo circuito seja feito através de um fio jumper conforme Figura 5. Figura 5 Sugestão para a ligação do circuito 4.8. Após o circuito paralelo (C // C) ter sido conectado ao capacitor fonte C1 por aproximadamente 10 segundos, desconecte-o do circuito Meça a tensão sobre o capacitor C1 com o voltímetro digital. Observação: Esta medida como todas as outras medidas envolvendo capacitor com carga armazenada e desligado da fonte devem ser feitas muito rapidamente, pois apesar da impedância do

4 4 voltímetro ser muito alta, a carga fluirá em um escoamento muito lento pelo voltímetro. Anote este valor como E T na Tabela Calcule a carga que restou no capacitor fonte C1 em coulombs T e anote na Tabela Calcule a quantidade carga qual passou para o circuito paralelo (C // C) enquanto estava conectado no capacitor C1: = T ' Cuidadosamente desmonte o circuito e meça individualmente a tensão em cada capacitor e anote esses valores na Tabela 1 como E e E. Tabela 1 Tabela de dados do circuito de capacitores em paralelo T (C) E T (V) T (C) (C) E (V) (C) E (V) (C) (C) T Calcule: Percentual da diferença (, ) = 4.1. Calcule a carga de capacitor usando: = C E e = C E Calcule a carga total armazenada pelo circuito paralelo ( ) usando: ' = Calcule a diferença percentual entre e Recarregue o capacitor C1 repetindo os passos de 1 à Construa um circuito capacitivo em série usando o C (10 µf) e C (1 µf) e o capacitor restante C1 (10 µf) Certifique-se que o circuito série está completamente descarregado curto-circuitando os capacitores por alguns segundos Repita os passos de 6 até 1, substituindo o circuito série em lugar do circuito paralelo usado antes Calcule e anote na Tabela as diferenças percentuais entre: a) e ; b) e ; c) e Tabela Tabela de valores do circuito de capacitores em série T (C) E T (V) T (C) (C) E (V) (C) E (V) (C) Diferença percentual ( e ):

5 5 Diferença percentual ( e ): Diferença percentual ( e ): 5. Guia para análise Na análise desses valores, deverá ser bem descrito por que a carga total é igual à soma das cargas dos capacitores no caso do circuito em paralelo e igual para cargas individuais no circuito série. Deverá ser discutido também qualquer dificuldade encontrada na obtenção dos valores de tensão lidos no voltímetro digital. 6. Problemas 6.1. Dois capacitores de 4µF são carregados em série com uma fonte de 50 volts. Os capacitores são conectados em paralelo um com o outro. ual foi o total de carga colocado nos capacitores em série? ual foi a carga total do no circuito quando os capacitores foram colocados em paralelo? Como pode ser explicado a diferença entre esses valores? 6.. Um capacitor de 1 µf é carregado com 100 volts. Um segundo capacitor de 1 µf tem uma carga de 150 µc. ual deveria ser a carga na rede em cada capacitor se eles foram conectados em paralelos e permitido equalizar suas cargas? Traduzido por Alvaro Cesar Otoni Lombardi do original. TINELL, RICHARD W; Experiments in Electricity. Direct Current. USA: Ed. Mc Graw- Hill, 1966.