Prof. Joel Brito Edifício Basílio Jafet - Sala 102a Tel

Documentos relacionados
ELETROTÉCNICA ENGENHARIA

Resistores e CA. sen =. logo

Fundamentos de Eletrônica

Prof. Fábio de Oliveira Borges

Aula-11 Corrente alternada

Abra o arquivo ExpCA05. Identifique o circuito da Fig12a. Ative-o. Anote o valor da corrente no circuito.

Conversores Estáticos

ENGC25 - ANÁLISE DE CIRCUITOS II

ET720 Sistemas de Energia Elétrica I. Capítulo 4: Transformadores de potência. Exercícios

Física Experimental III

ENGC25 - ANÁLISE DE CIRCUITOS ELÉTRICOS II

Experiência 05: TRANSITÓRIO DE SISTEMAS RC

EXERCÍCIOS DE ELETRICIDADE BÁSICA Exercícios Eletricidade Básica

CAPÍTULO V I APLICAÇÕES DOS AMPLIFICADORES OPERACIONAIS


Electromagnetismo. Campo Magnético:

Regime Permanente Senoidal

GUIA DE EXPERIMENTOS

1. Na Figura, o fluxo de campo magnético na espira aumenta de acordo com a equação

Aula de Laboratório: DIODO

NÚMEROS COMPLEXOS EM ELETRÔNICA

TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

Retificadores com tiristores

Aluno(a): Gabriel Vinicios Silva Maganha nº:... - Data:.../.../2010

Aula Prática 01. O Amplificador Diferencial e Aplicações

1. Sistemas Trifásicos

NÚMEROS COMPLEXOS. Prof. Edgar Zuim (*)

Conversão de Energia II

SIMULADO Radioeletricidade

Universidade Federal de Juiz de Fora - Laboratório de Eletrônica 22

Prof. Rogério Eletrônica Geral 1

Electromagnetismo e Física Moderna. Conhecer um método para a determinação da capacidade eléctrica

O circuito RLC. 1. Introdução

INDUÇÃO MAGNÉTICA. 1 Resumo. 2 Fundamento Teórico

Prof. Daniel Hasse. Princípios de Comunicações

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO UNIVERSITÁRIO NORTE DO ESPÍRITO SANTO

Resposta em Frequência. Guilherme Penello Temporão Junho 2016

Capacitores e Indutores (Aula 7) Prof. Daniel Dotta

CIRCUITOS COM CAPACITORES

CET ENERGIAS RENOVÁVEIS ELECTROTECNIA

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E INFORMÁTICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA

16/Nov/2012 Aula Circuitos RL (CC). Corrente alternada 16.1 Circuitos RL em corrente

Aula 8.2 Conteúdo: Associação de resistores em paralelo, potência elétrica de uma associação em paralelo de resistores. INTERATIVIDADE FINAL

PLANOS DE AULA DO MATERIAL INSTRUCIONAL

Agrupamento de Escolas da Senhora da Hora

Um circuito DC é aquele cuja alimentação parte de uma fonte DC (do inglês Direct Current), ou em português, CC (corrente contínua).

Identificação do Valor Nominal do Resistor

f = B. A. cos a Weber

Universidade Federal de Juiz de Fora Laboratório de Eletrônica CEL 037 Página 1 de 5

FNT AULA 6 FUNÇÃO SENO E COSSENO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA E CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY CAMBRIDGE, MASSACHUSETTS 02139

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS INSTITUTO DE FÍSICA E MATEMÁTICA Departamento de Física Disciplina: Física Básica II

ni.com Série de conceitos básicos de medições com sensores

Universidade Presbiteriana Mackenzie. Escola de Engenharia - Engenharia Elétrica. Ondas Eletromagnéticas I 1º sem/2004. Profª. Luciana Chaves Barbosa

Lista de Exercícios 2 (Fonte: Fitzgerald, 6ª. Edição)

OS ELEMENTOS BÁSICOS E OS FASORES

EXPERIMENTO 10: MEDIDAS DA COMPONENTE HORIZONTAL DO CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO Centro das Ciências Exatas e Tecnologia Faculdades de Engenharia, Matemática, Física e Tecnologia

Introdução teórica aula 6: Capacitores

Espaço SENAI. Missão do Sistema SENAI

3. Elementos de Sistemas Elétricos de Potência

Retificadores Monofásicos Não-Controlados (Onda Completa com Carga Resistiva)

ELT EXPERIÊNCIA N 1: AMPLIFICADOR NÃO INVERSOR

1. Conceito de capacidade 2. Tipos de condensadores. 3. Associação de condensadores. 4. Energia de um condensador. 5. Condensador plano paralelo com

Analisador de Espectro

Sensores Indutivos, Capacitivos e Piezoelétricos. Acelerômetros.

Pontifícia Universidade Católica do RS Faculdade de Engenharia

Capítulo 7: Associação de Resistores

Pontifícia Universidade Católica do RS Faculdade de Engenharia

ELETRICIDADE GERAL E APLICADA. Armando Alves Hosken Neto

Aula 4_1. Capacitores. Física Geral e Experimental III Prof. Cláudio Graça Capítulo 4

Disciplina: Eletrificação Rural. Unidade 2 Conceitos básicos de eletricidade voltados às instalações elétricas.

Associação de Resistores

Física IV. Prática 1 Sandro Fonseca de Souza. quarta-feira, 1 de abril de 15

Potência e Energia Elétrica

Aula 7 Reatância e Impedância Prof. Marcio Kimpara

Objetivo Geral Entender o funcionamento e as principais características do amplificador operacional ou ampop como comparador de sinais.

ELETRICIDADE. Eletrodinâmica. Eletrostática. Eletromagnetismo

Décimo Quinto Encontro Regional Ibero-americano do CIGRÉ Foz do Iguaçu-PR, Brasil 19 a 23 de maio de 2013

EXPERIÊNCIA 6 CAPACITOR E INDUTOR EM CORRENTE CONTÍNUA E ALTERNADA

Questão 04- A diferença de potencial entre as placas de um capacitor de placas paralelas de 40μF carregado é de 40V.

Prof. Antônio Carlos Santos. Aula 3: Circuitos Ceifadores (limitadores de tensão)

Aula Prática 5 Ligação Série e Paralelo, Lei de Ohm e Leis de Kirchhoff

Eletrônica de Potência. Centro de Formação Profissional Orlando Chiarini - CFP / OC Pouso Alegre MG Inst.: Anderson

canal 1 canal 2 t t 2 T

EXPERIÊNCIA 5 OSCILOSCÓPIO DIGITAL

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E INFORMÁTICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA

Circuitos retificadores com diodos

NOME: N CADERNO DE RECUPERAÇÃO DE FÍSICA I 3º ANO EM TURMA 232 PROFº FABIANO 1º BIMESTRE

Cap Medição de Potência Reativa

U M A C A R G A A R T I F I C I A L R E S S O N A N T E

RELATÓRIO DE ENSAIOS FILTRO CAPACITIVO LUMILIGHT

Roteiro-Relatório da Experiência N o 01 RESISTORES E A LEI DE OHM

Experimento 1 Medidas Elétricas

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS

Uma onda se caracteriza como sendo qualquer perturbação que se propaga no espaço.

Prof. Graça. Circuitos elétricos CC

ELETRÔNICA ANALÓGICA CEL099. Prof. Pedro S. Almeida

TRANSMISSÃO DE DADOS

Física C Extensivo V. 5

Transcrição:

Prof. Joel Brito Edifício Basílio Jafet - Sala 10a Tel. 3091-695 jbrito@if.usp.br http://www.fap.if.usp.br/~jbrito 1

Semana passada Parte 1 Mesma montagem da calibração da sonda em carretel Usar R auxiliar de 1 a 10 ohms Freqüência: ~3000Hz Medir a f.e.i. induzida na bobina em função da corrente no solenóide e fazer o gráfico Calcular a indutância mútua Comparar com a previsão teórica e com os resultados dos colegas.

Semana passada Parte 1 Mesma montagem da calibração da sonda em carretel Corrente no solenóide: i S i Sm cos t Campo do solenóide no centro: D S = diâmetro do solenóide L S = comp. do solenóide B S N 0 S i S D S 1 L S

Semana passada Parte 1 A F.E.I na bobina: bs d dt bs M bs di S dt bs A b N b N 0 S D S 1 L S di S dt

Semana passada Indutância mútua

Semana passada Indutância mútua

Semana passada Parte Varie a corrente no solenóide e meça a f.e.i. nele induzida. Faça o gráfico da f.e.i. pela corrente e obtenha o valor de L do solenóide. Compare com o valor previsto teoricamente e com os valores dos colegas. Li Sm Sm Há diferença de fase? É o que você esperava? É o previsto teoricamente? Comente

Semana passada Auto - Indutância

Semana passada Auto - Indutância

Semana passada Parte No solenóide infinito, o campo é constante em seu interior, então: N O campo magnético é dado por: Então a indutância será L N i nl)( BA) i ( nl)( BA) B ni 0 ( nl)( ni)( A) i ( 0 L / l 0 n A

Semana passada Parte Será que esquecemos alguma coisa? O campo não é uniforme!!

Será que esquecemos alguma coisa? A correção é: Corr cos 1 cos 1 L x x L x ( L x) R Fazendo a integral de x=0 até x=l, temos: L 0 Corr( x) dx R R L=80cm e R=8cm, portanto: L Nota: B(x) também não é uniforme fora do eixo! Precisaríamos calcular. média 1 L L 0 Corr( x) dx ~ 7 80 ~ 0.9

Semana passada Dif. de fase A tensão no solenóide vem a f.e.m. induzida pelo próprio solenóide, assim: L di dt Se a corrente for: i i 0 sin( t) Então Li cos( ) 0 t π/

Correntes Alternadas e Faraday 1791-1867

Corrente alternada Tensão alternada: qualquer tensão que varia no tempo Nesta experiência: tensões harmônicas simples Importante: qualquer tensão dependente do tempo = superposição de tensões harmônicas simples

V (volts) Tensão alternada Na grande maioria dos usos a tensão (ou corrente) é descrita por uma função harmônica simples: por exemplo na sua casa, a D.D.P. fornecida é senoidal: t(se g) 17V, 60Hz

Tensão harmônica Como descrever matematicamente uma tensão senoidal? V P é a tensão máxima ou tensão de pico ou amplitude é a freqüência angular 0 é a fase da tensão alternada no instante t=0 V( t) VP cos( t 0) V P T f VPP V p T 1 f 0 VPP V ef VP

Amplitude T A fase Em um circuito de corrente alternada a tensão e corrente não estão necessariamente em fase: V t V t P sin 0 i( t) i0 sin t 1 tensão corrente Período T = 1/f defasagem 0 T 3 Tempo V(t) T T T X i(t)

Diferença de fase Neste caso é mais importante saber a diferença de fase entre a corrente e a tensão do que os valores de ϕ 0 e ϕ 1. Porque? Fase é uma fração de um ciclo (ou período) expressa em graus Entre o início e o fim de um período há uma diferença de fase de 360 o. Um período corresponde a 360 o, ½ corresponde a 180 o, etc ϕ 0 ϕ 1 A tensão é alternada, então a escala de tempo é, de certa maneira, arbitrária

Potência Dissipada - Instantânea Qual é a potência dissipada no elemento? P t V t it Ela depende da diferença de fase entre corrente e tensão no elemento! V i( t) ipsen t t V sen t P P t V i sen tsen t P p Portanto há um termo variável e outro constante! P( t) V P i p cos( ) VPi p cos t

Potência média: mais útil O valor médio da potência num período T é: P 1 T A segunda integral é nula, mas a primeira não: P T 0 t V p i P 1 VP i cos P PiP V cosdt cos Chama-se de valor eficaz da tensão, V ef, o valor V P / e valor eficaz da corrente, i ef, o valor i P / P 1 T T VPi t V i ef ef 0 0 cos P =0 cos(t ) dt

Potência média Ela depende, além das tensões e correntes, também da defasagem! Vt VP cos t it i t P cos P t 1 V i P P cos Agora pode-se calcular a potência média, por ciclo, transferida ao elemento de circuito, seja ele, resistivo, capacitivo, indutivo ou misto.

Exemplo 1: Resistor ôhmico A lei de Ohm diz que V =R i, onde R é uma constante se o resistor for ôhmico. Assim, se a tensão estiver variando, temos que: V t V(t) R Rit i(t) V i t V sen t V R P 0 P t sen t 0 Como as fases ϕ 0 são iguais, então que a corrente e a tensão no resistor estão em fase!

Amplitude Exemplo 1: Resistor ôhmico Para um resistor ôhmico, teremos então que: P( t) V( t) i( t) V p i P sen t 0, sempre sem defasagem tensão corrente potência Período T = 1/f 0 T 3 Tempo A potência varia no tempo mas é sempre positiva o que significa que o resistor sempre consome potência!

Exemplo : Capacitor Ideal Em um capacitor ideal, a capacitância é dada pela razão entre carga acumulada e tensão elétrica, ou seja: C Além disso, carga e corrente estão relacionados i Portanto: q( t) V ( t) t q(t) t d dt V t q V t VP sin( t) C i( t) CVp cos( t) t C q V P cos( t / ) A fase não é nula!

Exemplo : Capacitor Ideal a corrente está adiantada de / em relação à tensão aplicada ao capacitor (Atenção: a defasagem de / é entre a corrente e a tensão diretamente sobre o capacitor e não quaisquer outras).

Exemplo : Capacitor Ideal A potência em um capacitor pode ser escrita como P(t) V(t) i(t) P( t) Vp cos( t ) CV Atenção, a diferença de fase = Fase Tensão Fase Corrente p cos t ip sin p ) C t i sin( t (-π/)-(0) = -π/ (0)-(π/) = -π/

Exemplo 3: Indutor ideal Em um indutor ideal, a tensão é dada por: di V t L dt Portanto, se a corrente no indutor é: t i cos t i P Então, temos: A fase não é nula! V di dt t L Li sint Li cos t / P P

Exemplo 3: Indutor ideal a corrente está atrasada de / em relação à tensão aplicada ao indutor (Atenção: a defasagem de / é entre a corrente e a tensão diretamente sobre o indutor e não quaisquer outras).

A potência em um indutor pode ser escrita como: Atenção, a diferença de fase = Fase Tensão Fase Corrente P(t) V(t) i(t) sin ) sin( cos ) cos( ) ( t i t Li t L V t V t P p p p p Exemplo 3: Indutor Ideal (π/)-(0) = +π/ (0)-(-π/) = +π/

Potência - Revisão Para o resistor: P( t) RiP sen t Muito difícil acompanhar os sinais e as trocas de sin(x) por sin(90-x)... Vamos introduzir uma nova notação, mais genérica e mais simples! Para o capacitor: P( t) Para o intudor: P( t) i p C Li sin 1/C é como se fosse a resistência do capacitor! t sin t t sin t p sin L é como se fosse a resistência do indutor! Mas essa resistência introduz uma fase! Mas essa resistência introduz uma fase!

Números Complexos Cˆ a b j j 1 C a b Cˆ C e j e j cos j sen tg b a d dt e jt j t e j e jt dt 1 e j jt Integrais e derivadas nesta notação são apenas multiplicações e divisões

Formalismo Complexo Este formalismo é construído de tal forma a facilitar todos os cálculos que envolvem tensões alternadas Vamos definir as tensões e correntes complexas como sendo: j( t0 ) Vˆ( t) V0e V ( t) ReV ˆ( t) iˆ( t) i 0 e j( t ) 1 i( t) Re V cos( t ) iˆ( t) i cos( t ) 0 0 1 0

Impedância Complexa e Real A impedância complexa de um elemento X é definida como sendo a razão entre a tensão e corrente complexas neste elemento, ou seja: Zˆ 0 j V0e j i e t t 1 0 Z ˆ V ˆ (t) i ˆ (t) Usando a definição das tensões e correntes complexas, deduzimos que: V 0 i 0 e j 0 1 j Z 0 e A impedância NÃO varia com o tempo. É uma grandeza característica do elemento X Z 0 é a impedância REAL do elemento X é a diferença de fase entre a tensão e corrente causada pelo elemento X

Resistência e Reatância Da definição de impedância complexa: ˆ Z Z 0 e j Podemos escrever também que: ˆ Z Z 0 cos jz 0 sin Define-se resistência (R) de um bipolo como sendo: R Z 0 cos E reatância deste bipolo (X) X Z 0 sin

Porque usar este formalismo? As grandes vantagens deste formalismo são: Operações envolvendo tensão e corrente são simples Multiplicações e divisões de exponenciais Associações de bipolos tornam-se simples Como resistores comuns, mas realizadas com grandezas complexas ^ Z 1 ^ Z ^ Z Z ˆ Z ˆ 1 Z ˆ ^ Z 1 ^ Z ^ 1 Z Z ˆ 1ˆ 1ˆ Z 1 Z

Exemplo 1: Resistor Seja uma tensão e corrente complexas, temos: V(t) Z ˆ V ˆ (t) i ˆ (t) Mas sabemos que R = V/i, ou seja, a corrente e tensão estão sempre em fase. Assim: ˆ Z Z 0 e j R Z R 0 0 R i(t) Por conta disto que resistores Ôhmicos são muito utilizados em laboratório para medir correntes

Exemplo : Capacitor Sabemos que V(t) 1 C i(t)dt Se a corrente complexa for dada por: ˆ i (t) i 0 e jt Fica fácil demonstrar que Vˆ ( t) A impedância de um capacitor vale: Z ˆ V ˆ j (t) i ˆ (t) C i 0e jt i 0 e jt j C j C i 0 e jt V(t) C i(t)

Ou seja Mas lembrando que: Exemplo : Capacitor Z ˆ j C Comparando as duas expressões temos que: Z 0 1 C ˆ Z Z 0 cos jz 0 sin Conclui-se naturalmente que a tensão elétrica está defasada de π/ em relação à corrente

Exemplo 3: indutor Sabemos que d V ( t) L i( t) dt Se a corrente complexa for dada por: ˆ i (t) i 0 e jt Fica fácil demonstrar que Vˆ ( t) jli 0 e jt A impedância de um capacitor vale: V(t) Z ˆ V ˆ (t) i ˆ (t) jli i e 0 e jt 0 jt jl L i(t)

Exemplo 3: Indutor Ou seja Zˆ jl Mas lembrando que: ˆ Z Z 0 cos jz 0 sin Comparando as duas expressões temos que: Z0 L Conclui-se naturalmente que a tensão elétrica está adiantada de π/ em relação à corrente

Mas o indutor é ideal? Bobinas são fios condutores muito longos enrolados, sua resistência elétrica é, em geral, significativa e não pode ser desprezada. Raramente, o modelo de um indutor ideal pode ser usado para uma bobina comum. As condições que temos: bobina, circuito e intervalo de freqüência disponíveis, não é possível adotar o modelo de indutor ideal. Pelo menos a resistência da bobina deve ser levada em conta. Isso significa que o modelo adotado para a bobina, não é mais o de uma indutância pura, mas de uma indutância pura ligada, em série, a uma resistência ôhmica.

Indutor real: bobina Indutor real: circuito, em série, de uma resistência e de uma indutância pura A impedância complexa equivalente é a soma das impedâncias complexas de cada elemento. A impedância resistiva da bobina é R B e a impedância complexa do indutor puro é X L : Ẑ jωl A impedância total: Ẑ R B jωl Z 0 e jφ 0

Impedância da bobina: O valor real da impedância da bobina: Z B ẐẐ * R B ω L R B =resistência da bobina L= indutância da bobina E a defasagem entre a tensão da associação em série R B + L e a corrente que a percorre, vocês podem calcular: ωl tgφ0 ou φ0 R ωl arctg B R B

Bobina não é indutor puro Isso vai ter consequências no comportamento de indutores reais no circuito. uma delas é que a defasagem não é mais π/: ela depende da frequência, da indutância e da resistência da bobina Vocês podem prever o que acontece com a potência!

Tarefas da Semana (1) Medir a impedância do capacitor fornecido em função da freqüência Fazer um gráfico da impedância por freqüência verificar se a relação teórica prevista é obedecida Obter o valor da capacitância e comparar com os valores dos colegas Medir a impedância da bobina fornecida (1000 espiras) em função da freqüência Fazer um gráfico da impedância por freqüência verificar se a relação teórica prevista é obedecida obter o valor da indutância e comparar com os valores dos colegas e com o valor nominal

Tarefas da Semana () Medir a diferença de fase entre a corrente e a tensão no capacitor e comparar com o valor previsto teoricamente. Comparar também com os valores de seus colegas Medir a diferença de fase entre a corrente e a tensão no indutor e comparar com o valor previsto teoricamente Compare com os valores obtidos por seus colegas Além do que foi medido e com as diferenças de fase medidas calcule: A potência média transferida ao resistor, por ciclo. A potência média transferida ao capacitor, por ciclo. A potência média transferida ao indutor, por ciclo.

As medidas: circuitos Em ambos os casos o circuito consta de: Gerador de áudio com saída de baixa impedância Resistor de 47 Ω Indutor de 1000 espiras Capacitor de 1μF Placa de circuito Osciloscópio

Osciloscópio gatilho (trigger) acoplamento AC, DC ou terra menu interativo 300V A ponta de prova tem atenuador que pode ser alterado (muda também a impedância) referência 5V terra canal 1 canal varredura (horizontal)

Gerador de audio Duty cycle ADJust 50% 5% Frequency ADJust Amplitude ADJust intervalo de frequências Executa parâmetro atenuador

Circuito BOBINA RESISTOR CH1 CH CAPACITOR Terra Instrumentos de medida: Osciloscópio Canal 1: -i R = -V R /R é a corrente no circuito Canal : V X Cuidado com ruídos Estimar incertezas na tensão e corrente a partir do nível de ruído