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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ – UFPA CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ – CAMTUC FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA - FEE Kácia Karina Rosa de Sousa Luan Matheus Ephima Feitoza Wendria Cunha da Silva TEOREMA DA SUPERPOSIÇÃO DE FONTES Relatório 8 TUCURUÍ – PA 2017 Kácia Karina Rosa de Sousa Luan Matheus Ephima Feitoza Wendria Cunha da Silva TUCURUÍ – PA 2017 Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina de Laboratório de Circuitos Elétricos I, no Curso de Engenharia Elétrica, na Universidade Federal do Pará. Prof. Yago Gomes 3 RESUMO O experimento tem como objetivo verificar a veracidade do teorema da superposição de fontes, que consiste na praticidade de poder calcular a tensão e corrente em qualquer ponto do circuito. O teorema é provado experimentalmente através da comparação dos valores obtidos com o cálculo teórico, medição experimental e simulação computacional. Palavra-Chave: Teorema, superposição, tensão, corrente, fontes. 4 Sumário 1- INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 6 2- PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS .................................................................................... 6 2.1 – OBJETIVOS ............................................................................................................................ 6 2.2 – MATERIAIS UTILIZADOS ..................................................................................................... 6 2.3 – FÓRMULAS UTILIZADAS .................................................................................................... 6 2.4 – MÉTODOS UTILIZADOS ...................................................................................................... 7 2.5 – RESULTADOS ........................................................................................................................ 9 3- SIMULAÇÃO ............................................................................................................................... 12 4- CONCLUSÃO GERAL .............................................................................................................. 14 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................... 15 5 Índice de ilustrações Figura 1: Circuito equivalente de Norton. ............................................................................... 7 Figura 2: Circuito montado no protoboard.. ............................................................................ 8 Figura 3: 2 Fontes de tensão DC. .......................................................................................... 8 Figura 4: Circuito com fontes zeradas para medir resistência de norton . .............................. 9 Figura 5: Ilustração do circuito montado.. ............................................................................ 12 Figura 6: Circuito Equivalente de Norton simulação proteus. ............................................... 12 Figura 7: Circuito equivalente de Norton - Medição da corrente e tensão no resistor R5 . .... 13 Figura 8: Circuito equivalente de Norton - Medição da corrente e tensão no resistor R6 . .... 13 Índice de tabelas Tabela 1: Valor nominal e valor medido para as resistências utilizadas no experimento ........ 9 Tabela 2: Tensão e Corrente aferidas em R5.. ....................................................................... 9 Tabela 3: Tensão e Corrente calculadas em R5. .................................................................. 11 6 1- INTRODUÇÃO Teoremas facilitam a resolução de circuitos e propiciam calcular bem mais rapidamente a corrente e a tensão sobre um elemento específico. Cada circuito possui sua particularidade, dominar o maior número de métodos e ferramentas de análise é mais que um compromisso para um projetista de circuitos. O teorema da superposição afirma que a corrente elétrica total em qualquer ramo de um circuito bilateral linear é igual à soma algébrica das correntes produzidas por cada fonte atuando separadamente no circuito. Isto vale também para a tensão elétrica. Com isso, nos permite calcular tensões e correntes em qualquer ponto do circuito aplicando uma fonte de cada vez 2- PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 2.1 – OBJETIVOS - Comprovar o Teorema da Superposição de Fontes; 2.2 – MATERIAIS UTILIZADOS - 1 Multímetro Digital; - Protoboard; - 02 Fontes de Tensão DC (VDC1 = 12V e VDC2 = 8V) - Resistores: R1 = 1,2 k R3 = 3,9 k R5 = 3,3 k R2 = 2,7 k R4 = 6,8 k 2.3 – FÓRMULAS UTILIZADAS Lei de Ohm 7 2.4 – MÉTODOS UTILIZADOS O experimento iniciou-se com a medição das resistências apresentadas com o auxílio do multímetro e, prosseguiu com a montagem do circuito determinado no protoboard. Após isso, o circuito foi alimentado por duas fontes de tensão DC, com VDC1 = 12V e VDC2 = 8V. Feito isso, foi aplicado o teorema da superposição que por ora substituiu VDC1 por um curto-circuito e por ora VDC2. Dessa forma, foi medida a tensão e a corrente no resistor R5 que atua como carga para ambos os casos, assim como, para VDC1 e VDC2 ao mesmo tempo ligados. Figura 1: Circuito montado no protoboard com VDC1 (VDC2 = 0). 8 Figura 2: Circuito montado no protoboard VDC2 (VDC1 = 0). Figura 3: Circuito montado no protoboard VDC1 e VDC2 ligados. 9 2.5 – RESULTADOS O experimento teve finalidade de provar o teorema da superposição de fontes a partir das praticas experimentais, em que consistiu na medição da tensão e corrente no resistor R5 que atua como carga entre os pontos A e B, substituindo ora VDC1 ora VDC2 por um curto-circuito. Resistores (Ω) Valor Nominal Valor medido R1 1,2k 1,18k R2 2,7k 2,67k R3 3,9k 3,82k R4 6,8k 6,60k R5 3,3k 3,21k Tabela 1: Valor nominal e valor medido para as resistências utilizadas no experimento. Figura 4: Ilustração do circuito montado. Medidos ) ) 3,77 1,77 2,99 1,15 0,54 0,92 Tabela 2: Tensão e Corrente aferidas em R5. 10 Para o preenchimento da Tabela 3 foi realizado cálculos necessários como: Aplicação da Lei das malhas ao circuito para a determinação das correntes I1, I2 e I3 com VDC2 desativada: Manipulando as equações encontradas encontra-se a seguinte corrente e tensão no resistor R5: Utilizando a lei de Ohm, Aplicando Lei das malhas ao circuito para a determinação das correntes I1, I2 e I3 com VDC1 desativada: 11 Manipulando as equações encontradasencontra-se a seguinte corrente e tensão no resistor R5: Utilizando a lei de Ohm, Portanto, ; ; Calculados ) ) 3,83 0,79 4,62 1,16 0,24 1,40 Tabela 3: Tensão e Corrente calculadas em R5. 12 3- SIMULAÇÃO A simulação do experimento foi realizada no software proteus. Figura 5:Circuito simulado no software proteus. Figura 6: Medição de tensão e corrente no resistor R5 com VDC2=0 13 . Figura 7: Medição de tensão e corrente no resistor R5 com VDC1=0 Figura 8: Medição de tensão e corrente no resistor R5 com VDC1 e VDC2 . 14 4- CONCLUSÃO GERAL Em suma, este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de completar duas grandes vertentes, que se tornam uma ao longo do processo de aprendizagem do aluno. O experimento construído no laboratório tem a característica tanto de avaliar os conhecimentos teóricos como também solidificar e familiarizar o discente com a prática, de igual, do manuseio dos equipamentos e da flexibilidade e criatividade que são requeridas dos estudantes de engenharia, de forma que seja possível maximizar a eficiência na absorção de conceitos e formulas abstratos inerentes ao cotidiano do aluno. Portanto, observando os resultados calculados e medidos referente à tensão e corrente no resistor R5, confirmamos que tanto as leis de Kirchhoff quanto o teorema da superposição são verdadeiros, pois, os valores teóricos utilizando as leis de Kirchhoff corresponderam aos valores medidos para tensão e corrente, assim como os valores teóricos utilizando o teorema da superposição corresponderam aos valores medidos. Dessa forma, o experimento é satisfatório e coeso possuindo uma pequena margem de erro do operador ou má calibração de instrumentos utilizados. 15 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ROBBINS, Allan H. - MILLER, Wilhelm C. Análise de Circuitos - Teoria e Prática – Editora: Cengage Learning, 1a edição – Volume 1, 2010. [2] ALEXANDER, Charles K; SADIKU, Matthew N.O. Fundamentos de circuitos elétricos. 5ª edição. Porto Alegre: AMGH, 2013.
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