Roteiro Experimental n 4 COMPONENTES DA EQUIPE: Data: / / 1. OBJETIVOS: Compreender o significado da constante de permissividade dielétrica; Caracterizar a permissividade dielétrica de alguns materiais; Relacionar grandezas físicas à permissividade dielétrica. 2. INTRODUÇÃO A Permissividade Dielétrica (representada normalmente pela letra grega ԑ) de um meio é uma constante física que relaciona a maneira como um campo elétrico interage com este meio. Ou ainda, a capacidade que um meio tem de se polarizar em função de um dado campo. A permissividade de cada meio é relacionada por ԑ= ԑ r ԑ o onde ԑ o é a permissividade do vácuo (8,85418782 10-12 F/m) e ԑ r é uma constante adimensional (K da tabela ao lado) diferente para cada material. Materiais que serão simulados: Material acetona (25 o C) r 20,7 1
Para verificar a constante dielétrica de outros materiais, consulte o endereço: http://www.asiinstr.com/technical/dielectric%20constants.htm A permissividade dielétrica do meio só pode ser analisada indiretamente. Uma das maneiras simples de fazer esta análise é associar a propriedade à um elemento de circuito que funcione baseado principalmente em campo elétrico: um capacitor. Nos reportando aos conceitos de física e a definição de potencial elétrico podemos obter a relação que descreve a capacitância de diversas formas de capacitores. Para capacitores construídos por placas paralelas obtemos a relação: A C (1.0) d Onde A é a área das placas em paralelo, d é a distância que separa estas placas e C é a capacitância total. Para avaliar a capacitância em um circuito de corrente alternada é preciso conhecer o comportamento do dielétrico em relação à freqüência, como mostrou a simulação do último experimento em laboratório. A Figura 2 descreve o comportamento típico da permissividade dielétrica ( ) de um material. Pode-se observar como o aumento da freqüência impede que o material 2
apresente, gradativamente, os três tipos de polarização (se o material apresentar todos eles): estrutural (orientation), iônica e eletrônica. Figura 2: Permissividade Dielétrica X Frequência. 3. MATERIAL NECESSÁRIO Régua milimetrada; Gerador de função; Osciloscópio; Resistor de ; Capacitor de placas paralelas; Dielétricos líquidos para avaliar suas permissividades; Multímetro de bancada; 4. PRÉ-RELATÓRIO Baseando-se no Item 2, pesquise os valores de permissividade dielétrica para os três materiais que se quer experimentar e identifique o comportamento da mesma em relação ao aumento da freqüência, identificando os tipos de polarização possíveis em cada caso. 3
5. PARTE EXPERIMENTAL 5.1. Primeiro Dielétrico: Monte o circuito: Figura 3: Circuito RC onde: R é o resistor de, C é a capacitância, e Vg é a tensão fornecida pelo gerador, de 10 Vpp. meça a distancia d que separa as placas do capacitor; através da medida das dimensões laterais, defina a área A das placas; preencha o volume entre as placas do capacitor com o dielétrico; Para dois valores de frequência (F1 = khz ) e (F2 = khz ) calcule a capacitância com as tensões de pico no resistor e no capacitor. - Preencha a tabela abaixo: Tabela 2.1 Valores experimentais 1. 5.2. Segundo dielétrico: Siga os mesmos procedimentos do item 5.1, porém utilizando o segundo dielétrico: Tabela 2.1 Valores experimentais 2. 4
5.3. Terceiro dielétrico: Siga os mesmos procedimentos do item 5.1, porém utilizando o terceiro dielétrico: Tabela 2.1 Valores experimentais 3. 6. QUESTIONÁRIO 6.1 Determine experimentalmente os valores de permissividade de cada material para as duas frequências e a média para cada material. 6.2 Determine a diferença percentual do resultado encontrado experimentalmente com os valores pesquisados. 6.3 Apresente as principais fontes de erro. 6.4 Procure utilizar os conceitos teóricos para explicar os valores encontrados. 6.5 Analise os valores de corrente teóricos e experimentais e explique o porquê da diferença. Nota-se uma diferença mais ou menos discrepante ao variar o material? Por quê? 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 5