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:
2/9 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.
3/9 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
4/9 arga no apacitor 1: Instante (s) I ( ) ( ) Instante (s) I ( ) ( ) 0 350 10 360 20 370 30 380 40 390 50 400 60 410 70 420 80 430 90 440 100 450 110 460 120 470 130 480 140 490 150 500 160 510 170 520 180 530 190 540 200 550 210 560 220 570 230 580 240 590 250 600 260 610 270 620 280 630 290 640 300 650 310 660 320 670 330 680 340 690
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:
6/9 Descarga no apacitor 1: Instante (s) I ( ) ( ) Instante (s) I ( ) ( ) 0 350 10 360 20 370 30 380 40 390 50 400 60 410 70 420 80 430 90 440 100 450 110 460 120 470 130 480 140 490 150 500 160 510 170 520 180 530 190 540 200 550 210 560 220 570 230 580 240 590 250 600 260 610 270 620 280 630 290 640 300 650 310 660 320 670 330 680 340 690
7/9 epita os procedimentos para o segundo conjunto. arga no apacitor 2: Instante (s) I ( ) ( ) Instante (s) I ( ) ( ) 0 350 10 360 20 370 30 380 40 390 50 400 60 410 70 420 80 430 90 440 100 450 110 460 120 470 130 480 140 490 150 500 160 510 170 520 180 530 190 540 200 550 210 560 220 570 230 580 240 590 250 600 260 610 270 620 280 630 290 640 300 650 310 660 320 670 330 680 340 690
8/9 Descarregar no apacitor 2: Instante (s) I ( ) ( ) Instante (s) I ( ) ( ) 0 350 10 360 20 370 30 380 40 390 50 400 60 410 70 420 80 430 90 440 100 450 110 460 120 470 130 480 140 490 150 500 160 510 170 520 180 530 190 540 200 550 210 560 220 570 230 580 240 590 250 600 260 610 270 620 280 630 290 640 300 650 310 660 320 670 330 680 340 690
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