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Circuitos Elétricos e Fotônica Relatório 1 – Circuitos resistivos série e paralelo São Bernardo do Campo 2018 1. INTRODUÇÃO Quando algum material é submetido a uma diferença de potencial elétrico entre suas extremidades, há um fluxo de carga ou corrente que irá percorrer um determinado caminho. Devido às próprias características do material, existe uma oposição a passagem de corrente elétrica, na qual chamamos de resistência(medida em ohm). Essa resistência também é capaz de determinar se a corrente nos circuitos elétricos será menos ou mais intensa. Os circuitos elétricos são fundamentais para a compreensão dos conceitos físicos de um sistema, no qual a combinação composta por Resistência, Diferençade Potencial e Corrente Elétrica determinam o seu comportamento. Para o bom aproveitamento desse experimento, é essencial o entendimento das Leis de Ohm e das Leis de Kirchhoff. A primeira lei de Ohm define uma proporcionalidade dada por V=R*i, que nos permite ter uma boa ideia da relação entre corrente elétrica, tensão e resistores. Já a segunda lei de Ohm se refere às características de um resistor que varia de acordo com a sua área e comprimento. No entanto, as leis de Kirchhoff são utilizadas em circuitos mais complexos,onde obtemos mais de uma fonte de resistores podendo estar conectadas em série ou em paralelo. A primeira lei de Kirchhoff, também chamada de “lei dos nós”, define que a soma das correntes que entram em um nó do circuito são iguais a soma das correntes que saem deste mesmo nó e vice-versa, assim um nó não acumula nenhuma carga. A segunda lei, conhecida como “lei das malhas”, estabelece que a soma algébrica das diferenças de potencial elétrico em um circuito fechado é nula. Este experimento visa aprendizado sobre funcionamento de equipamentos básicos através da medição dos valores de tensão e corrente de circuitos, que deverão ser montados no Protoboard, e cálculos posteriores com os valores reais encontrados com objetivo de afirmação de conceitos básicos da parte de circuitos resistivos série e paralelo, e com os principais instrumentos de geração e medição de grandezas elétricas CC e CA. 2. OBJETIVOS Adquirir domínio com circuitos resistivos em série e em paralelo, além de permitir familiaridade com os principais instrumentos de geração e medição de grandezas elétricas de corrente contínua e corrente alternada. 3. METODOLOGIA 3.1. Materiais ● Fonte de tensão CC 0 – 30 V, 3 A com cabos banana-banana (1) ● Gerador de Sinais com cabo BNC-jacaré (1) ● Osciloscópio com uma ponta de prova (1) ● Multímetro de bancada com pontas de prova (1) ● Multímetro portátil com pontas de prova (1) ● Resistor de carvão R1 (47 Ω, 1⁄4 W) (1) ● Resistores de carvão R2 e R3 (100 , 1⁄4 W) (2) ● Matriz de contatos (Protoboard) (1) ● Fios para ligação (vários) 3.2 . Procedimento Primeiramente, identificamos os resistores e verificamos seus valores nominais. Após isso, foram medidos os valores das resistências reais dos resistores com o multímetro digital portátil e anotado na Tabela 2. Na segunda parte, medimos inicialmente o valor da tensão E com o multímetro através da saída fixa da fonte de tensão e, em seguida, montamos os circuitos indicados nas figuras e medimos os valores da tensão v (VDC) e da corrente i (IDC) nos circuitos. 3.3. Dados coletados Tabela 1 - Cálculos com valores nominais dos componentes. E = 5V v calculado i calculado 1 resistor 100 Ω 3,40 V 34,0 mA 2 resistores de 100 Ω em paralelo 2,57 V 51,5 mA Resistor de 100 Ω em paralelo com de 47 Ω 1,21 V 37,9 mA Tabela 2 - Valores dos componentes. Componente Valor nominal Valor medido (real) R1 47 Ω 46,4 Ω R2 100 Ω 97,5 Ω R3 100 Ω 97,6 Ω Tabela 3 - Circuito resistivo. Enominal = 5 V Emedido = 5,25 V v medido v calculado (valores reais) i medido i calculado (valores reais) 1 resistor 100 Ω 3,519 V 3,571 V 36,46 mA 35,71 mA 2 resistores de 100 Ω em paralelo 2,653 V 2,706 V 54,81 mA 54,12 mA Resistor de 100 Ω em paralelo com de 47 Ω 1,275 V 1,272 V 40,71 mA 39,77 mA 4. ANÁLISE DO RESULTADOS a) Qual foi a convenção (gerador ou receptor) utilizada nas medidas de tensão e corrente no resistor de 100Ω do circuito, conforme representado na Figura 1? Ao inverter os terminais do amperímetro, qual convenção passa a ser utilizada nessas medidas? Como é alterado o valor da corrente no display do aparelho? A convenção utilizada nas medidas de tensão e corrente no resistor de 100 Ω foi a de receptor. Os polos do trecho analisados são mostrados na Figura 1, a seguir: Figura 1. Demonstração do sentido da corrente e tensão do Circuito 1. Para constatação foram feitos os seguintes cálculos: P = V x I P = v medido x i medido P = 3,519 V x 0,03646 A P = 0,13 W Dado que a potência calculada no bipolo (resistor de 100 Ω) foi maior do que zero, comprova-se que a convenção adotada está correta. Ao realizar a inversão dos terminais de ambos os equipamentos (amperímetro e voltímetro), no display é mostrado o mesmo valor em módulo, porém com o sinal oposto. Ou seja, invertendo os terminais do amperímetro, a leitura da corrente apresentará o sinal invertido. Portanto, o novo sentido da corrente pode ser representado pela Figura 2: Figura 2. Demonstração do sentido da corrente e tensão ao inverter os terminais do amperímetro. De acordo com a Figura 2, a convenção utilizada será de gerador, o que irá gerar uma potência negativa, comprovando que existe um erro na disposição dos terminais do amperímetro. Os cálculos a seguir comprovam esta constatação. P = V x I P = v medido x i medido P = 3,519 V x (- 0,03646 A) P = - 0,13 W b) Apresente os cálculos efetuados para determinação da tensão e corrente nos resistores dos circuitos de cada configuração experimentada (Figura 1, Figura 2e Figura 3). ● Figura 1: ● Figura 2: ( ) ( ) ● Figura 3: ( ) ( ) c) A partir dos valores medidos, determine as potências dissipadas nos resistores dos circuitos de cada configuração experimentada (Figura 1, Figura 2 e Figura 3), bem como a potência fornecida pela fonte de tensão CC. Verifique a conservação de potência no circuito. ● Figura 1: Potência dissipada nos resistores: Potência fornecida pela fonte de tensão CC: ● Figura 2: Potência dissipada nos resistores: Potência fornecida pela fonte de tensão CC: ● Figura 3: Potência dissipada nos resistores:Potência fornecida pela fonte de tensão CC: d) Explique claramente o que acontece no circuito (em termos de tensão, corrente e potência) quando os resistores são conectados em paralelo com o primeiro resistor. Os resultados medidos estão de acordo com a Lei de Ohm, as Leis de Kirchhoff e a Lei de conservação de potência no circuito? Quando os resistores são conectados em paralelo com o primeiro resistor, obtêm-se as seguintes propriedades físicas dos bipolos resistivos: ● Tensão: é a mesma em ambos os resistores, pois ao acrescentar o segundo resistor em paralelo, a resistência equivalente cai pela metade e a corrente do circuito dobra de valor (no caso do resistor de 100Ω em paralelo com outro de 100Ω). Isso pode ser comprovado utilizando a Lei de Ohm: V = R x I V = Tensão; R = Resistência; I = Corrente ● Corrente: como o Req torna-se menor quando os outros resistores são conectados em paralelo com o primeiro, o itotal tem que aumentar seu valor proporcionalmente para que seja satisfeita a Lei de Ohm. No caso da figura 2,pelo fato de serem resistores iguais, ao ocorrer a divisão de corrente no nó, o fluxo de carga elétrica (itotal) dividir-se-á igualmente entre os dois bipolos. ● Potência: ao adicionar um resistor em paralelo com o primeiro resistor, a potência aumenta visto que a corrente também aumenta. 5. CONCLUSÃO Para realizar as medidas de tensão e corrente foram extraídos os dados experimentais para a aplicação da Lei de Ohm e foi realizada a associação em série e em paralelo de resistores. Os resultados obtidos foram satisfatórios, pois como foi observado nas tabelas 1,2 e 3 o comportamento das resistências foi medido conforme esperado, visto que três circuitos indicados no roteiro do experimento e de acordo com os dados experimentais disponíveis para os respectivos cálculos e análises das tensões e correntes além das resistências nominais (antes e após a associação dos resistores), foi possível concluir que os resultados numéricos encontrados estavam de acordo com a expectativa gerada da aplicação de Leis da Física no campo da eletricidade e circuitos lineares. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos 11 ed. São Paulo, SP, 2004.
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