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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE SEMESTRE 2023.1 PRÁTICA 02 – CAPACITORES ALUNO: Bruno Queiroz da Silva - 510233 INTEGRANTES DA BANCADA: Bruno Queiroz da Silva, Wanderson Xavier Soares, Suzana Natacha Carneiro Santos e Milena da Silva dos Santos TURMA: 02 PROFESSOR: José Alves de Lima Junior DATA E HORA DA REALIZAÇÃO DA PRÁTICA: 27/03/20223 ÀS 14:00h 2 OBJETIVOS Identificar capacitores; Determinar o valor da capacitância pelo código de cores; Verificar o valor da capacitância da associação de capacitores em série e em paralelo; Medir a capacitância utilizando um capacímetro. MATERIAL Capacitores diversos; Capacímetro (placa de capacitores; 470 μF e 1000 μF); Cabos; Fonte de tensão 0 – 10V; Lente de aumento? Multímetro digital? INTRODUÇÃO Introduzindo, podemos compreender que o capacitor acaba sendo um dispositivo elétrico que podem ser utilizados para armazenar energia. Ainda, é composto por dois terminais e uma chapa de metal no meio do capacitor, onde reserva a energia armazenada (Halliday, David,1916-2010). Um exemplo claro pode visualizar na figura 1.1. Figura 1.1: Demonstração de um capacitor. Fonte: DIAS, Nildo Loiola. Roteiro de aulas práticas de Eletricidade UFC Dando continuidade, a quantidade de energia armazenada de um capacitor, acaba sendo nomeada de capacitância, onde acaba variando de acordo a cada componente (DIAS, 20223). Além disso, pode ser expresso matematicamente como: 𝐶 = 𝑞 𝑣 (𝑒𝑞. 1) 3 Na equação 1, podemos observa que a letra C, acaba representando a quantidade de carga armazenada pelo capacitor e V a tensão (Halliday, David,1916-2010). Ainda, na unidade de capacitância, o SI é Coulomb/volt que acabou recebendo a nomeação de Farad(F). Que na prática é algo grande, logo acaba sendo facilmente encontrado submúltiplos, como: (DIAS, 2023): 𝑀𝑖𝑐𝑟𝑜𝑓𝑎𝑟𝑎𝑑: 1𝜇𝐹 = 10−6 𝐹 𝑁𝑎𝑛𝑜𝑓𝑎𝑟𝑎𝑑: 1𝜂𝐹 = 10−9 𝐹 𝑃𝑖𝑐𝑜𝑓𝑎𝑟𝑎𝑑: 1𝑝𝐹 = 10−12 𝐹 Logo, após de verificar as capacitâncias, se tornar necessário especificar o valor do limite da tensão. Onde os terminais são dietéticos, portando, acaba tendo um valor máximo para o campo elétrico que o material possa suportar, sem ter que quebrar do poder isolante (DIAS, 2023). Assim, o capacitor acaba tendo o valor máximo para tensão, que pode ser nomeada de tensão de isolação. Além disso, existem capacitores mais comuns no cotidiano, que acaba sendo os cerâmicos, eletrolíticos e plásticos. Com isso, podemos definir que o cerâmico acaba usando a própria cerâmica como o material dialético, além de ser revestido com uma camada de tinta, com condutores que servem de armadura e com baixos valores e altas tensões de isolação (HENRIQUE, 2019). Dando continuidade, o eletrolíticos, acaba sendo usando uma folha de alumínio anodizada com uma armadura positiva. O processo eletrolítico acaba sendo formado e criado numa camada de oxido de alumínio, serve-se de dielétrico. No lado negativo, o fluido condutor é aplicado, assim o eletrólito fica na folha oxidada de alumínio (HENRIQUE, 2019). Por fim, o plástico acaba contendo duas folhas de alumínio separadas por um polietileno e poliéster, como o nome já diz os terminais liga numa folha onde sistema compacto (HENRIQUE, 2019). 4 Figura 1.2: Tipo de capacitores: poliéster, eletrolíticos e cerâmicos. Fonte: DIAS, Nildo Loiola. Roteiro de aulas práticas de Eletricidade UFC Além disso, o capacitor acaba usando o código para o valor da capacitância, tensão de isolação e tolerância, onde acaba sendo impresso no próprio componente. Logo, para saber esses valores acaba sendo necessário analisar os valores e seu código (DIAS, 2023). Logo abaixo, podemos visualizar os códigos dos três comuns, introduzindo os cerâmicos acaba apresentando um código, que se observa na Figura 1.2, onde os valores são todos em picofard, e por fim a letra maiúscula é a tolerância (DIAS, 2023). Figura 1.3: Código dos capacitores cerâmicos e os códigos de tolerâncias de capacitores. Fonte: DIAS, Nildo Loiola. Roteiro de aulas práticas de Eletricidade UFC 5 Ademais, o capacitor de poliéster é mais codificado por códigos com cores, assim pitando no componente que acaba sendo utilizado para obtenção de valores, conforme pode-se visualizar na Figura 1.3. Figura 1.4: Código dos capacitores poliéster e os códigos de cores. Fonte: DIAS, Nildo Loiola. Roteiro de aulas práticas de Eletricidade UFC Por fim, o eletrolítico acaba possuindo valores da capacitância e tensão de isolamento no dispositivo, além de ficar atendo aos pólos (DIAS, 2023). PROCEDIMENTO PROCEDIMENTO 1: Identificação de capacitores. 1. Foram Identificado que os capacitores fornecidos quanto ao tipo (cerâmico, poliéster ou eletrolítico) e anote na Tabela 1.1 Tabela 1.1: Identificação do tipo de capacitor. Capacitor Tipo (cerâmcio, poliéster ou eletrolítico 1 Eletrolítico 6 2 Eletrolítico 3 Eletrolítico 4 Cerâmico 5 Poliéster 6 Poliéster 7 Poliéster 8 Cerâmcio 9 Eletrolítico 10 Poliéster 11 Cerâmico 12 Poliéster Fonte: Elaborado pelo autor. 2. Para os capacitores cerâmicos fornecidos, foi determinado pelo código impresso o valor nominal da capacitância e a tolerância. Medindo com o capacímetro a capacitância e calculando o erro percentual do valor medido em relação ao valor nominal. Anotado na Tabela 1.2. Tabela 1.2: Capacitores cerâmicos. Capacitor Número Capacitância nominal Tolerância Capacitância Medida Erro 4 5600 𝑝𝐹 ±10% 5311 5% 8 2200 𝑝𝐹 -50% a -20% 2414 -9% 11 270 𝑝𝐹 ±5% 312 16% Fonte: Elaborado pelo autor. 7 3. Para os capacitores cerâmicos de poliéster fornecidos determinado pelo código de cores o valor nominal da capacitância e a tolerância. Medindo com o capacímetro a capacitância e calcule o erro percentual do valor medido em relação ao valor nominal. Anotado na Tabela 1.3. Tabela 1.3: Capacitores poliéster. Capacitor Número Capacitância nominal Tolerância Capacitância Medida Erro 5 150000 𝑝𝐹 ±10% 149000 0,6% 6 1800 𝑝𝐹 ±10% 1945 8% 7 8200 𝑝𝐹 ±10% 78930 3,7% 10 12000 𝑝𝐹 ±10% 119500 -8,9% 12 27000 𝑝𝐹 ±10% 26910 3,3% Fonte: Elaborado pelo autor. 4. Para os capacitores eletrolítico fornecido anotado o valor impresso da capacitância e da tensão de isolação. Medindo com o capacímetro a capacitância e calculado o erro percentual do valor medido em relação ao valor nominal. Anotado na Tabela 1.4. Tabela 1.4: Capacitores Eletrolíticos. Capacitor Número Capacitância nominal Tensão Capacitância Medida Erro 1 470 MF 25V 428𝜇F 0,6% 2 1000 MF 16 V 946𝜇F 8% 3 100 MF 25 V 106𝜇F 3,7% 9 10 MF 50 V 114𝜇F -8,9% Fonte: Elaborado pelo autor. PROCEDIMETENTO 2: Associação de capacitores. 1. Montando o circuito da figura abaixo. Utilizando o capacitor C1 de 470 μF (atenção à polaridade do capacitor). Fonte: DIAS, Nildo Loiola. Roteiro de aulas práticas de Eletricidade UFC 8 2. Desconectando o capacitor da fonte de tensão e medindo a tensão em seus terminais com o multímetro. Observando por algum instante o que acontece com a tensão. Anotando. 3. Montando o circuito da figura abaixo. Utilize os capacitores C1 (470 μF) e C2 (1000 μF) em série. Atenção à polaridade de cada capacitor. Fonte: DIAS, Nildo Loiola. Roteiro de aulas práticas de Eletricidade UFC 4. Medindo as tensões em cada capacitor: V1 = 6,94, V2 = 3,09 e Vtot = 10,05 5. Montando o circuito da abaixo. Utilizando os capacitores C1 (470 μF) e C2 (1000 μF) em paralelo. Atenção à polaridade de cada capacitor. Fonte: DIAS, Nildo Loiola. Roteiro de aulas práticas de Eletricidade UFC 6. Medindo as tensõesem cada capacitor: V1 = 10,10 e V2 = 10,10. 7. Associando em série os capacitores montados nas bases de madeira e medindo a capacitância equivalente. Anotando o valor medido de cada capacitor bem como o valor medido da associação. No experimento começou em 10,6V e logo após foi para 0,12 V, foi descarregando gradualmente. 9 Tabela 1.5: Associação em série. Capacitor 01 Capacitor 02 Associação em série 429 946 292,3 Fonte: Elaborado pelo autor. 8. Associando em paralelo os capacitores montados nas bases de madeira e medindo a capacitância equivalente. Anotando o valor medido de cada capacitor bem como o valor medido da associação. Tabela 1.5: Associação em série. Capacitor 01 Capacitor 02 Associação em série 429 946 1430 Fonte: Elaborado pelo autor. QUESTIONÁRIO 1. Determine a capacitância, a tolerância (quando possível) e a tensão de isolação (quando possível) de cada um dos capacitores ilustrados abaixo. RESPOSTA: Número do capacitor Capacidade nominal Tolerância (%) Tensão de isolação 1 1,5𝜂F - - 2 0,33𝜂𝐹 +- 10% 250V 3 0,22pF +-20% - 2. Determine a capacitância, a tolerância e a tensão de isolação de cada um dos capacitores de poliéster metalizado ilustrados abaixo. 10 RESPOSTA: Número do capacitor Capacidade nominal Tolerância (%) Tensão de isolação 1 0,47pF +-20% 250V 2 0,1𝜂𝐹 +-20% 400V 3. Determine a capacitância e a tensão de isolação de cada um dos capacitores eletrolíticos ilustrados abaixo? RESPOSTA: Número do capacitor Capacidade nominal Tensão de isolação 1 22𝜇𝐹 400V 2 470𝜇𝐹 35V 4. Baseado nos resultados do procedimento 2.5 determine a carga em cada capacitor. Determine também a capacitância equivalente da associação em série a partir da tensão da fonte e da carga fornecida pela fonte ao circuito. RESPOSTA: Capacitor 01: C1 = 470 𝜇𝐹 = 0,00047 e V1 = 6,94 4,7 ∗ 10−4 = 𝑞 6,94 → 𝑞 = 4,7 ∗ 10−4 ∗ 6,94 → 𝑞 = 3300 𝜇𝐶 Capacitor 02: C2 = 1000 𝜇𝐹 = 0,001 e V1 = 3,09 10−3 = 𝑞 3,09 → 𝑞 = 10−3 ∗ 3,09 → 𝑞 = 3100 𝜇𝐶 𝐶𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑐𝑖𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑜𝑠: C1 = 3300 6,94 → 475𝜇𝐹 𝑒 𝐶2 = 3100 3,09 → 1003𝜇𝐹 11 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑜𝑠: 𝐶𝑒𝑞 = 475 ∗ 1003 475 + 1003 = 322 𝜇𝐹 5. Compare a capacitância equivalente da associação em série da questão anterior com o resultado calculado a partir dos valores das capacitâncias medidas, Tabela 2.6. Comente RESPOSTA: 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 → 𝐶𝑒𝑞 = 428 ∗ 946 428 + 946 = 294 𝜇𝐹 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑚 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 𝑑𝑎 𝑞𝑢𝑒𝑠𝑡ã𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 → 𝐶𝑒𝑞 = 475 ∗ 1003 475 + 1003 = 322 𝜇𝐹 A disparidade do resultado pode ser ocorrida por fatores como erro de leitura da capacitância ou da tensão medida pelos alunos. 6. Baseado nos resultados do procedimento 2.7 determine a carga em cada capacitor. Determine também a capacitância equivalente da associação em paralelo a partir da tensão da fonte e da carga fornecida pela fonte ao circuito. RESPOSTA: Para o capacitor de 428 𝜇𝐹 = 428 ∗ 10−6 ∗ 10,05𝑉 = 4,30 𝑚𝐶 Para o capacitor de 946 𝜇𝐹 = 946 ∗ 10−6 ∗ 10,05𝑉 = 9,50 𝑚𝐶 Capacitância equivalente = 4,30𝑚𝑐 +9,50𝑚𝑐 ∗10−3 10,05 = 13,8 𝑚𝑐 10,05 = 1373,1 𝜇𝐹 7. Compare a capacitância equivalente da associação em paralelo da questão anterior com o resultado calculado a partir dos valores das capacitâncias medidas, Tabela 2.6. Comente RESPOSTA: A capacitância equivalente medida foi de 1430 𝜇𝐹, agora a calculada na questão anterior foi 1373,1 𝜇𝐹. Onde o erro foi 3,97% aproxidamente 8. Baseado nos valores individuais das capacitâncias dos capacitores 1 e 2 medidas no Procedimento 2.8, determine a capacitância equivalente esperada teoricamente para a associação dos mesmos em série e compare com o valor medido experimentalmente. Comente o resultado. RESPOSTA: 1 𝐶 = 1 𝐶1 + 1 𝐶2 … . + 1 𝐶𝑛 1 𝐶𝑒𝑞 = 1 428 + 1 946 → 0,0023364486 + 0,0010570825 → 0,0033935311 𝐶𝑒𝑞 = 1 0,0033935311 → 294,67𝜇𝐹 12 A capacitância equivalente medida dói de 292,3 𝜇𝐹, onde é perto do valor como mostra o erro 0,8%. 9. Baseado nos valores individuais das capacitâncias dos capacitores 1 e 2 medidas no Procedimento 2.9, determine a capacitância equivalente esperada teoricamente para a associação dos mesmos em paralelo e compare com o valor medido experimentalmente. Comente o resultado RESPOSTA: 𝐶𝑒𝑞 = 470 + 1000 = 1470 𝜇𝐹 O valor medido é 1374 e o valor nominal é 1470, e taxa de erro é de 6,59% e esse acaba sendo próximo do valor esperado de cada resistor. CONCLUSÃO Podemos concluir depois desta pratica finalizada dos capacitores, acaba sendo dispositivos que armazena energia. Com essa compreensão, foi capaz de entender o funcionamento e como utilizá-los, com uma extrema importância é a identificação dos capacitores. Além disso, cada circuito necessita de um tipo de capacitores, como por exemplos os que foram citados ao longo da prática. Com a conclusão da prática, foi entendido que o capacitor cerâmico geralmente possui uma baixa capacitância e uma lata tensão de isolação. Ademais, os eletrolíticos, sendo feito de alumínio com sua principal característica a presença de pólos, além da energia acontece devido a oxidação do alumínio. Por fim, os plásticos são feitos de materiais, acaba sendo feito de plásticos como poliéster, que possui dois terminais e uma placa de poliéster que acaba funcionado como eletrolítico. Concluindo que nesta prática, foi compreendida a identificação dos tipos mais comuns de capacitores, como medir e uma criação de circuitos com a utilização deles. Na primeira elaboração da pratica, foi capaz de identificar 13 capacitores e analisar o seu valor nominal em cada um. Por fim, medindo com o capacimetro a capacitância de cada resistor, comesses valores sendo capaz de calcular o erro. REFERÊNCIAS Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker; tradução Ronaldo Sérgio de Biasi. - 10. ed. - Rio de Janeiro: LTC, 201 13 Dias, Nildo Loiola, Roteiro de aulas praticas de Física. MATTEDE, Henrique. Tipos de capacitores. Conceitos de eletricidade, [s. l.], 2019. DOI 6. Disponível em: https://www.mundodaeletrica.com.br/tipos-de-capacitores/. Acesso em: 26 mar. 2023.
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