Introdução a Práticas de Laboratório em Eletricidade e Eletrônica EEX-S Segunda Prática de Laboratório: Circuito RC série, carga e descarga de capacitores Experimento : Circuito RC série carga de capacitores a) Analise o diagrama esquemático dado a seguir, em que R = kω, R = μf, S é uma chave simples e V = V: V S R C + b) Supondo que o capacitor C está incialmente descarregado [v C () = V], calcule as tensões sobre o resistor [v R (t)] e sobre o capacitor [v C (t)] para os instantes t = s a t = s em intervalos de segundo ( valores de tensão para cada componente) após o fechamento da chave S em t =. Trace gráficos para as tensões sobre o capacitor (v C ) e sobre o resistor (v R ). Verifique no gráfico qual é a carga percentual aproximada do capacitor para o instante de tempo t = τ (constante de tempo). c) Com o auxílio de uma protoboard, monte o circuito representado pelo diagrama esquemático fornecido anteriormente. Utilize um resistor de /W ou /W e % de tolerância para R, um capacitor eletrolítico com isolamento mínimo de V para C e uma fonte de alimentação ajustável para fornecer os V da fonte de tensão V. Antes de conectar os cabos da fonte ao circuito montado na protoboard, certifique-se de que a polaridade do capacitor eletrolítico esteja correta e que a chave S esteja aberta. d) Ajuste o valor de V na fonte de alimentação ajustável e somente então alimente o circuito montado (e devidamente conferido) anteriormente. Certifique-se de que o capacitor C esteja completamente descarregado, causando um breve curto-circuito entre os seus terminais (isto é, forçando v C = V). Com o auxílio de um multímetro analógico na função de voltímetro e fundo de escala ligeiramente maior que a tensão da fonte, meça as tensões sobre cada componente (v R e v C ) a cada segundo a partir do instante em que a chave S é fechada (t = ). Preencha a tabela a seguir com os valores calculados (teóricos) e medidos (práticos), calculando as diferenças existentes. O que acontece se a chave S for aberta em meio à carga do capacitor?
e) Tire o máximo possível de conclusões sobre os resultados encontrados. Os resultados corroboram os conceitos teóricos? As diferenças encontradas entre valores teóricos e práticos são aceitáveis? Por quê? Qual foi o procedimento adotado para realizar as medições ao logo do tempo (método )? Haveria algum outro procedimento mais exato ou preciso para realizar essas medições? Idealize ao menos mais um procedimento (método ) para realizar as mesmas medições de tensão ao longo do tempo e refaça-as na tabela adicional. Quais foram os melhores resultados obtidos em relação aos valores teóricos esperados? Discuta os experimentos realizados. Carga método de medição : Carga método de medição :
Experimento : Circuito RC série descarga de capacitores Considere o mesmo circuito do Experimento após a carga completa do capacitor (t > τ), substituindo-se a fonte de alimentação por um curto-circuito para realizar a descarga do capacitor após o fechamento da chave S. a) Supondo que o capacitor C está completamente carregado com a tensão da fonte [v C () = V ], calcule as tensões sobre o resistor [v R (t)] e sobre o capacitor [v C (t)] para os instantes t = s a t = s em intervalos de segundo ( valores de tensão para cada componente) após o fechamento da chave S em t =. Trace gráficos para as tensões sobre o capacitor (v C ) e sobre o resistor (v R ). Verifique no gráfico qual é a carga percentual aproximada do capacitor para o instante de tempo t = τ (constante de tempo). b) Certifique-se de que o capacitor C esteja completamente carregado, mantendo a fonte de alimentação conectada ao circuito com a chave S fechada por pelo menos um tempo de τ (isto é, v C = V ). Uma vez feito isso, abra a chave S e substitua a fonte de alimentação por um curto-circuito para a descarga do capacitor. Com o auxílio de um multímetro analógico na função de voltímetro e fundo de escala ligeiramente maior que a tensão da fonte, meça as tensões sobre cada componente (v R e v C ) a cada segundo a partir do instante em que a chave S é fechada (t = ). Preencha a tabela a seguir com os valores calculados (teóricos) e medidos (práticos), calculando as diferenças existentes. O que acontece se a chave S for aberta em meio à descarga do capacitor? Preencha as tabelas a seguir com os valores calculados (teóricos) e medidos (práticos), calculando as diferenças existentes e utilizando os mesmos dois métodos de medição idealizados anteriormente para o Experimento (método e método. c) Tire o máximo possível de conclusões sobre os resultados encontrados. Quais foram os melhores resultados obtidos em relação aos valores teóricos esperados? Discuta os experimentos realizados, citando vantagens e desvantagens dos métodos utilizados. Descarga método de medição :
Descarga método de medição : Experimento Uso do osciloscópio para medições de tensão ao longo do tempo Considere os mesmos cenários anteriores para carga e descarga de um capacitor em um circuito RC série e repita os procedimentos dos Experimentos e, mas desta vez utilizando um osciloscópio digital para realizar as medições no lugar do multímetro analógico. Preencha os valores medidos na tabela abaixo e compare-os com os valores obtidos nos experimentos anteriores. Tire suas conclusões (ver aspectos a serem considerados, logo a seguir). Medição com osciloscópio digital: (Carga) (Descarga)
Aspectos a serem considerados no uso do osciloscópio digital: a) Qual é a melhor escala horizontal para a ordem de grandeza de tempo em questão? b) Qual é a melhor escala vertical para a ordem de grandeza de tensão em questão? c) Qual é o melhor método de captura a ser empregado para a medição das tensões ao longo do tempo? d) Quais funcionalidades do osciloscópio digital seriam úteis para medições de valores instantâneos de tensão? e) Como conectar os dois canais do osciloscópio de forma a medir as tensões no resistor e no capacitor simultaneamente e sem causar nenhum curto-circuito pelas pontas de prova (terminal comum)? Qual funcionalidade do osciloscópio digital seria útil para facilitar a visualização da variação das tensões ao longo do tempo? Formulário: Constante de tempo: τ = R C Tensão no resistor: v R (t) = V e t τ Tensão no capacitor: v C (t) = V ( e t τ)