2-1 2. LABORATÓRIO 2 - CORRENTE ALTERNADA 2.1 OBJETIVOS Após completar essas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de: (a) (b) (c) (d) (e) Determinar o valor máximo da corrente a partir das medições de tensão feitas com o osciloscópio. Determinar o valor eficaz médio (VEM) da corrente a partir da corrente da crista. Determinar a corrente pelo método indireto, medindo a tensão através de um resistor com valor conhecido. Determinar o valor da reatância capacitiva, a partir de valores medidos de tensão e corrente. Medir o ângulo de fase entre a corrente e a tensão. 2.2 EQUIPAMENTO 1 Osciloscópio - traço duplo 1 Gerador de Função 1 Unidade central de processamento PU-2000 1 Placa de circuito impresso EB103
2-2 2.3 DISCUSSÃO 2.3.1 CORRENTE ALTERNADA NA RESISTÊNCIA É difícil medir valores baixos na corrente alternada em freqüências diferentes com amperímetros de corrente alternada. Em laboratório, usa-se um método indireto para medir a corrente alternada. Mede-se a tensão através de um resistor sensitivo de pequeno porte e valor conhecido, colocado em série com a carga elétrica e a tensão. Usa-se então a lei de Ohm, para determinar a corrente: I V = (2.1) R Usando-se o multímetro, a corrente alternada tem o valor de VEM; usando-se o osciloscópio, a corrente é o valor máximo. I1pico6 V1pico6 = (2.2) R 2.4 PROCEDIMENTO 1. Conecte o Gerador de Função ao resistor de 1000 ohm R3, como está na Fig. 1. 2. Conecte o osciloscópio de traço duplo à parte superior de R3 (canal 1) e à parte superior do resistor de 10 ohm R2 (canal 2). 0 canal 1 é usado para medir
2-3 a tensão, e o canal 2 para medir a corrente. 0 fio terra do osciloscópio deve ser conectado como segue: 3. Ajuste o Gerador de Função para 1000 Hz, e sua tensão de salda para 6V p-p. Meça as tensões no osciloscópio e converta a tensão do canal 2 em corrente. Registre na Tabela 2. 1. 4. Repita essas leituras para as freqüências de 250 Hz, 500 Hz e 2500 Hz. Registre os resultados na Tabela 2. 1. a) Conexões reais b)diagrama Esquemático Figura 2. 1 - Medições de Tensão em Corrente
2-4 FREQÜÊNCIA VOLTS(p-p) VOLTS(p-p) VOLTS(p-p) CORRENTE(MA) em Hz ENTRADA CANAL 1 CANAL 2 CALCULADA(P-P) Isaída 250 6 500 6 1000 6 2500 6 Tabela 2. 1 - Dependência da Tensão à Freqüência 2.5 OBSERVAÇÕES a) valor de Isaída multiplicado por R3 é igual a Vent em todos os casos? Não considere a queda de tensão em R2. b) valor de R3 parece mudar com a freqüência? 2.6 DISCUSSÃO 2.6.1 CORRENTE ALTERNADA EM CIRCUITOS CAPACITIVOS A oposição ao fluxo da corrente produzida por capacitor chama-se reatância capacitiva e é representada por Xc. Pode-se usar a lei de Ohm para determinar Xc a partir de valores medidos de corrente e tensão.
2-5 X c Vc = (2.3) I A tensão Vc através do capacitor e a corrente no circuito não alcançam valores de pico ao mesmo tempo. A corrente precede a tensão por 90 graus. Usa-se o osciloscópio para ver as formas de onda fora de fase. Uma vez que o ciclo da forma de onda é de 360 graus, o eixo horizontal do osciloscópio pode ser calibrado em graus, digamos 40 graus por divisão. Os osciloscópios de canal duplo podem mostrar ambas as formas de onda, e o ângulo de fase pode ser determinado. 2.7 PROCEDIMENTO 1. Conecte a saída do gerador de função à parte superior do capacitor C2, como mostra a Fig. 3. Conecte o canal 1 do osciloscópio à parte superior de C2, e o canal 2 à parte superior de R2 (10 ohms) para medir a corrente. Conecte um jumper em série com C2. a) Conexões reais b) Diagrama esquemático Figura 2. 2 - Circuito Capacitivo
2-6 2. Ajuste o gerador de função para saída de 4 Volts de pico a pico, e sua freqüência para 1000 Hz. 3. Meça as tensões dos canais 1 e 2 do osciloscópio, e converta a leitura do canal 2 em corrente. Registre na Tabela 2. 2. 4. Meça cuidadosamente o período da tensão de corrente alternada, e a diferença de tempo entre o ponto zero de cruzamento das formas de onda da corrente e da tensão. Registre na Tabela 2. 2. 5. Ajuste o controle variável do tempo base até que um ciclo da forma de onda da tensão meça 9 divisões no eixo horizontal. O osciloscópio já está ajustado para 40 graus por divisão. 6. Determine o ângulo de fase entre o ponto zero de cruzamento da forma de onda de tensão e da corrente e registre na Tabela 2. 2. FREQÜÊNCIA CANAL 1 CANAL 2 CORRENTE PERÍODO DIFERENÇA GRAU XC EM Hz VOLTS VOLTS AMPERES SEGUNDOS DE TEMPO FASE OHMS C2 = 1µF 300 1000 10K C3 = 0, 15µF 300 1000 10K Tabela 2. 2 - Dependência da Tensão à Freqüência
2-7 7. Repita essas leituras em 3 seqüências diferentes entre 300 Hz e 10 KHz e registre na Tabela 2. 2. 8. Calcule a corrente para cada conjunto de leituras. Calcule também a reatância Xc dividindo a tensão ao longo do capacitor pela corrente, desprezando a queda de tensão através de R2. X c Vch1 = (2.4) I 9. Reconecte o circuito usando o capacitor C3 de 0,15µF em vez do C2, como na Figura 2. 3, e repita a seqüência acima de medidas e cálculos. Registre na Tabela 2. 2. 10. Selecione o MODO DE PRATICA (FASE A)- exercício 4. a) Conexões reais b) Diagrama esquemático Figura 2. 3 - Circuito Capacitivo com C3
2-8 PASSO PRESSIONE VISOR COMENTÁRIOS 1 No. 1 Terminar o Modo de Experiência 2 2 2 Selecione a função. 3 * FN Seleção de função. 4 2 FN2 Selecione o Modo de Prática. 5 * P.00 Agora você está no Modo de Prática. 6 4 P.04 Selecione o código de defeito. Pisca por pouco tempo o 4 para indicar que o primeiro defeito já foi localizado. Tabela 2. 3: Iniciando o Módulo Prático. (FASE A) 11. Observe as mudanças da forma de onda do osciloscópio. Qual a mudança introduzida no circuito? 12. Meça a tensão e a corrente a uma freqüência de 1000 Hz em C3. Tensão através de C3 Corrente em C3 13. Usando os valores medidos de tensão e corrente, calcule a reatância e a capacitância do novo C3. Reatância de C3 Novo valor de C3
2-9 VOLTANDO AO MODO DE EXPERIÊNCIA 14. Antes de iniciar as atividades do próximo laboratório, volte ao Modo de Experiência e complete o seguinte: PASSO PRESSIONE VISOR COMENTÁRIOS 1 * FN Seleção de função. 2 1 FN1 Volta ao Modo de Experiência. 3 * E.05 Número de contador de experiência anterior. 4 * E.06 Contador de incremento. Tabela 2. 4 - Volta ao Modo de Experiência 2.8 OBSERVAÇÕES a) Comente o efeito da freqüência sobre a reatância. b) Qual foi o desvio de fase medido? Registre qualquer desvio a partir de 90 graus. c) Quando se aumenta o valor do capacitor, qual o efeito sobre a reatância? d) Compare o valor de reatância obtido experimentalmente com o valor obtido a partir de cálculos teóricos.