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Aula nº 2: Conceitos Fundamentais: Tensão Contínua e Instrumentos de medição. Lei de Ohm INTRODUÇÃO Nesta prática um circuito resistivo será alimentado por uma fonte de tensão contínua e serão utilizados multímetros digitais para se medir a corrente e a tensão no resistor, conforme indicado na figura abaixo. A tensão contínua também será observada com o uso de osciloscópio digital OBJETIVOS: Apresentar os conceitos fundamentais: tensões e correntes contínuas; Apresentar o multímetro digital para medição de tensões e correntes contínuas; Apresentar o osciloscópio e sua utilização; MATERIAIS/EQUIPAMENTOS: Fonte de tensão contínua 2 resistores de 50 Ω 2 Multímetros digitais - um será usado como voltímetro e outro como amperímetro 1 osciloscópio 2 pontas de prova para osciloscópio PROCEDIMENTOS: 1. A tensão V F da fonte de tensão continua deve ser ajustada para 10 V. 2. Cálculos: Pela Lei de Ohm a corrente i é dada por Também pela Lei de Ohm a tensão v sobre o resistor de 50 Ω é 𝑣 = 50 Ω . 0,1 𝐴 = 5 𝑉 3. Um dos multímetros deve ter a função selecionada para AMPERÍMETRO DC – CORRENTE CONTÍNUA 4. Outro multímetro deve ter a função selecionada para VOLTÍMETRO DC – TENSÃO CONTÍNUA 5. Montar o circuito da figura 2.1 observando as conexões indicadas Observações importantes: a. O AMPERÍMETRO tem resistência interna nula e deve ser conectado em série com o elemento cuja corrente se quer medir. b. A conexão do AMPERÍMETRO em paralelo resultará em um CURTO-CIRCUITO. c. No AMPERÍMETRO a referência para o sentido da corrente deve ser observada no momento da conexão. A corrente entra no terminal mA ou A e sai no terminal COM, como indicado na figura 2.2. d. O VOLTÍMETRO tem resistência interna infinita e deve ser conectado em paralelo com o elemento cuja corrente se quer medir. e. A conexão do VOLTÍMETRO em série resultará em um CIRCUITO-ABERTO. f. No VOLTÍMETRO, a referência para polaridade da tensão deve ser observada no momento da conexão. A tensão v é medida do ponto em que é conectado o terminal V/ Ω, indicado com o sinal +, em relação ao ponto em que é conectado o terminal COM, indicado com o sinal -, conforme mostrado na figura 2.3. 6. Efetuar as medições da corrente i e da tensão v, anote os valores na tabela 2.1 abaixo: Tabela 2.1 Calculado s Medidos Tensão v (V) 5 4,63 Corrente i (mA) 100 98,8 7. Utilizando o OSCILOSCÓPIO observe as tensões na fonte vF e no resistor v. A montagem deve ser feita como indicado na figura 2.5. Identifique os comandos do osciloscópio. 8. Desenhe abaixo os sinais observados. Observações importantes: a. O osciloscópio é um instrumento de medição que permite a observação das formas de tensões em função do tempo. Não é possível observar sinais de correntes através do osciloscópio b. O osciloscópio tem dois canais e permite a medição de duas tensões simultaneamente. Uma em cada canal. c. As duas tensões são medidas em relação ao mesmo ponto de referência. d. O osciloscópio possui dois ajustes: Volts por Divisão, escala vertical e Segundos por Divisão, escala horizontal Figura 2.4 – Osciloscópio Figura 2.5 1. As medições estão de acordo com as expectativas? Resposta: Sim, pois apesar de estar um pouco diferente do esperado, está dentro da tolerância. 2. Como deve ser conectado um amperímetro? Por quê? Resposta: O amperímetro deve estar conectado em série com o circuito, pois a corrente precisa passar pelo instrumento para ser aferida. Dessa forma, a corrente entra por um terminal (mA) do amperímetro e sai pelo outro terminal COMUM e continuar no circuito. 3. Como deve ser conectado um voltímetro? Por quê? Resposta: O voltímetro deve estar conectado em paralelo com o resistor, pois para medir a tensão do circuito ele não deve causar interferência no fluxo da corrente. Dessa forma, escolhe-se o ponto a ser determinada a tensão e conecta-se nos terminais V/Ω e COMUM. 4. Apresenta o esquema de conexões para medição de tensão com o uso do osciloscópio Resposta: Aula no 3: Elementos de circuitos: Associação de Resistores: Série e Paralelo. Medição de Resistência. OBJETIVOS: Verificar experimentalmente as propriedades das associações série e paralelo de resistores MATERIAIS/EQUIPAMENTOS: 3 resistores - valores diversos a escolha do grupo 1 Multímetro digital - será usado como OHMÍMETRO I. DESENVOLVIMENTO PRÁTICO 1. Dado o circuito da figura 1, calcular a tensão e a corrente no resistor de 100 Ω 2. Montar o circuito no multisim e anotar os resultados. 3. Conectar um resistor de 50 Ω em série com o resistor de 100 Ω. Comparando com o circuito anterior, o que você espera que ocorra com o valor da corrente? E com a tensão a que o resistor de 100 Ω fica submetido? Por quê? Resposta: Ao conectar um resistor de 50 Ω em série com o resistor de 100 Ω, espera-se que o valor da corrente diminua, pois a resistência total do circuito irá aumentar para um valor de 150 Ω. Já a tensão será dividida, pois agora haverá dois resistores em série, ou seja, uma parcela dos 15V estará aplicada a um resistor de 50 Ω e outra parcela estará aplicada a um resistor de 100 Ω. 4.Desenhar o diagrama esquemático do novo circuito, com os instrumentos de medição e fazer os cálculos das tensões e correntes nos elementos. Cálculos: 𝑖 = 𝑉𝑅 = 15𝑉 150𝑅 = 100𝑚/𝐴 𝑉100 = 𝑅 * 𝐼 = 100 * 0, 1 = 10𝑉 5.Montar o circuito no multisim e anotar os resultados. Resultados: 𝑖 = 𝑉𝑅 = 15𝑉 150𝑅 = 100𝑚/𝐴 𝑉100 = 𝑅 * 𝐼 = 100 * 0, 1 = 10𝑉 6.Agora conectar o resistor de 50 Ω em paralelo com o resistor de 100 Ω. Comparando com o primeiro circuito, o que você espera que ocorra com o valor da corrente total? E com a corrente no resistor de 100 Ω? E com a tensão a que o resistor de 100 Ω fica submetido? Por quê? Resposta: Visto que agora haverá duas parcelas de corrente, que somadas darão o valor da corrente total, esta terá um valor maior do que no circuito original (com somente um resistor). Como o resistor de 100 Ω está em paralelo com a fonte, ele continuará com a mesma corrente e com a mesma tensão, de 15V, do circuito original. 7.Desenhar o diagrama esquemático do novo circuito, com os instrumentos de medição e fazer os cálculos das tensões e correntes nos elementos. Cálculos: 𝑖 = 𝑉𝑅 + 𝑉1*𝑉2 𝑅1+𝑅2 𝑉1 = 𝑉2 8.Montar o circuito no multsim e anotar os resultados. Resultados: 𝑖 = 𝑉𝑅 + 𝑉1*𝑉2 𝑅1+𝑅2 = 𝑉1 = 𝑉2 = 10 𝑉 9.Medição de resistências: 10. Calcule a resistência equivalente para os circuitos abaixo e responda às questões. Onde: R1 = 25 Ω ; R2 = 50 Ω; R3 = 100 Ω; Resistências em série: 𝑅𝐸𝑄 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 Resistências em paralelo: a) Quando se tem resistores em SÉRIE, o que se pode afirmar quanto à resistência equivalente? Será maior, menor ou igual às resistências do circuito? Quando os resistores são ligados em série, o potencial que é aplicado sobre os terminais do circuito é distribuído entre as resistências, em outra palavra, toda a tensão aplicada cai gradativamente ao longo de um circuito. b) Quando se tem resistores em PARALELO, o que se pode afirmar quanto à resistência equivalente? Será maior, menor ou igual às resistências do circuito? A associação em paralelo é obtida quando os resistores são ligados de modo que a corrente elétrica divide-se ao passar por eles. Nesse tipo de associação, a resistência elétrica equivalente será sempre menor do que a menor das resistências. Aula no 4: Circuito resistivo alimentado por fonte de tensão contínua: Leis de Kirchhoff OBJETIVOS: Verificar o comportamento de um circuito resistivo alimentado por uma fonte de tensão contínua. Verificar experimentalmente as Leis de Kirchhoff. MATERIAIS/EQUIPAMENTOS: 1 fonte de tensão contínua 3 resistores de valores diversos a escolha do grupo 1 Multímetro digital PROCEDIMENTOS: 1. Anotar na tabela 4.1 os valores das resistências R1, R2 e R3, escolhidas pelo grupo. Observar que a máxima corrente no circuito NÃO pode superar 300 mA. Tabela 4.1 – Resistores Utilizados R1 (Ω)R2 (Ω) R3 (Ω) 50Ω 100Ω 50Ω 2. Escrever as equações obtidas a partir da Lei das Tensões de Kirchhoff (LTK) para o circuito da figura 4.1, em função de vF, v1, v2 e v3. − 𝑣 𝐹 + 𝑣 1 + 𝑣 2 = 0 − 𝑣 2 + 𝑣 3 = 0 3. Escrever as equações obtidas a partir da Lei das Correntes de Kirchhoff (LCK) para o circuito da figura 4.1, em função de i1, i2 e 13. 0− 𝑖 1 + 𝑖 2 + 𝑖 3 = i1 R1 i3 + v1 - 4. Utilizando as associações de resistores e a Lei de Ohm, calcular as tensões v1, v2 e v3, e as correntes i1, i2 e i3. Anotar os valores na tabela 4.2. A tensão da fonte vF será de 10 V. Tabela 4.2. Grandeza Valor Calculado Valor Medido v1 (V) 12V 11,92 V v2 (V) 8V 8,04 V v3 (V) 8V 8,04 V i1 (A) 0,24 = 240 mA 0,234 = 234 mA i2 (A) 0,08 = 80 mA 0,079 = 79 mA i3 (A) 0,16 = 160 mA 0,156 = 156 mA 5. Montar o circuito da figura 4.1 e ajustar a tensão da fonte em 10 V. 6. Medir sucessivamente as tensões v1, v2 e v3. Anotar os valores na tabela 4.2. 7. Medir sucessivamente as correntes i1, i2 e i3. Anotar os valores na tabela 4.2. 8. Substituir os valores das tensões v1, v2 e v3 na equação da LTK do item 2. Verificar se a soma é igual a zero. − 𝑉𝐹 + 𝑉 1 + 𝑉 2 = 0 − 20 + 12 + 8 = 0 0 = 0 9. Substituir os valores das correntes i1, i2 e i3 na equação da LCK do item 3. Verificar se a soma é igual a zero. − 𝑖𝐹 + 𝑖 1 + 𝑖 2 = 0 − 0, 24 + 0, 08 + 0, 16 = 0 0 = 0 ANÁLISE DE RESULTADOS E CONCLUSÕES 1. Os valores medidos se aproximam dos valores calculados? Sim, pois apesar de estar um pouco diferente do esperado, está dentro da tolerância. 2. A Lei das Tensões de Kirchhoff foi verificada através deste experimento? Justifique. Mostrado na questão 8. 3. A Lei das Correntes de Kirchhoff foi verificada através deste experimento? Justifique. Mostrado na questão 9.
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