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1 Atividade Prática de Circuitos Elétricos I Saulo Bevilaqua Rissato Centro Universitário Uninter Rua Argentina 1000, Centro – CEP: 85884 - 000 – Medianeira – Paraná - Brasil e-mail: saulorissato@gmail.com Resumo. Essa atividade tem como objetivo colocar em prática os conteúdos abordados na disciplina de Circuitos Elétricos I. Como Lei de Ohm e leis de Kirchhoff, também o uso dos equipamentos como multímetro, fonte de bancada, protoboard e aplicação de resistores em circuitos elétricos. Palavras chave: (disciplina, circuitos, resistores) Introdução Neste experimento prático foi possível observar na prática as leis da física envolvida nos circuitos elétricos, e como a tensão tem influência na dissipação de potência em circuitos com resistores. Também como funcionam circuitos divisores de tensão e circuitos divisores de corrente. Foi possível observar a pequena diferença entre os valores teóricos e os resultados práticos. Procedimento Experimental Para os experimentos foram utilizados, resistores, pedaços de cabos, multímetro, fonte ajustável e uma protoboard. Para as simulações foi utilizado o programa Multisim, que possibilita a montagem dos circuitos e entrega as correntes e as tensões do circuito. Experiência 1: Lei de Ohm Sendo analisado o circuito abaixo, foi obtido a corrente utilizando a Lei de Ohm. Figura 1 Esquema circuito para experimento Lei de Ohm Análise e Resultados Para o teste da Lei de Ohm, o valor do resistor foi obtido utilizando o número do RU. Sendo: RU = 3882547 R1 = penúltimo digito do RU * 500 + último dígito do RU * 50 R1 = 4 * 500 + 7 * 50 = 2350 Ω Foram associados 5 resistores para obter o valor, sendo eles: 2K2Ω + 120Ω + 10Ω + 10Ω + 10Ω Os valores teóricos de corrente foram calculados da seguinte forma: 𝐼 = 𝑉 𝑅 I = Corrente em amperes V = Tensão em volts R = Resistência em Ohms Utilizando a ferramenta online, simulando o mesmo circuito foi obtido os dados de maneira muito prática. Figura 2 Simulação online no Multisim Os cinco resistores foram associados em série para atingir o valor da resistência. Foram feitos os testes com a fonte de tensão ajustável, as tensões utilizadas foram 5V, 10V e 12V. Figura 3 Circuito montado na protoboard com associação dos resistores 2 Para aferir a corrente, o circuito foi aberto e o multímetro inserido e série com o circuito, na escala de corrente. Figura 4 Esquema de como conectar o multímetro para medir corrente Foi calculado erro, entre os testes teóricos e práticos, para calcular a % de erro, foi utilizado a seguinte fórmula: %𝐸𝑟𝑟𝑜 = [ 𝐼 𝑇𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜−𝐼 𝑃𝑟á𝑡𝑖𝑐𝑜 𝐼 𝑇𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 ] ∗ 100 Abaixo temos a tabela com os dados obtidos nos experimentos teóricos, simulados e práticos. Os testes foram realizados com a mesma resistência (2350 Ohms) alterando somente a tensão. I (A) %Erro V Corrente Teórica Corrente simulada Corrente prática Erro Experimental 0 0 mA 0 mA 0 mA 0 % 5 2,12 mA 2,12 mA 2,16 mA 1,52 % 10 4,25 mA 4,25 mA 4,34 mA 1,99 % 12 5,10 mA 5,10 mA 5,14 mA 0,65 % Tabela 1 Correntes circuito Lei de Ohm Com os resultados teóricos e experimentais obtidos, temos os gráficos de corrente por tensão. Gráfico 1 Relação tensão x corrente Com o valor de tensão e corrente, foi possível calcular o valor real do resistor, utilizando a seguinte fórmula: 𝑅 = 𝑉 𝐼 V Corrente prática Resistência real (Ω) 5 2,16 mA 2314 Ω 10 4,34 mA 2304 Ω 12 5,14 mA 2334 Ω Tabela 2 Resistência real do circuito Utilizados as medições, também foi calculado a potência em Watts (P) dissipada no circuito, utilizando a equação: 𝑃 = 𝑉 ∗ 𝐼 P (W) %Erro V Potência Teórica Potência simulada Potência prática Erro Experime ntal 0 0 W 0 W 0 W 0 % 5 10,63mW 10,63 mW 10,80 mW 1,52 % 10 42,55 mW 42,55 mW 43,40 mW 1,99 % 12 61,27 mW 61,27 mW 61,68 mW 0,65 % Tabela 3 Potência dissipada no circuito Diante os testes teóricos e práticos, podemos notar uma diferença entre os valores, essa diferença se dá pela tolerância dos resistores e pelas variações mínimas de tensão da fonte ajustável. Também pela tolerância de medição do multímetro. Os valores dos testes teóricos e simulados no Multisim são muito próximos devido aos valores exatos de tensão e resistência. Experiência 2: Divisor de Tensão No circuito divisor de tensão é utilizado um ou mais resistores em série para dividir a tensão da fonte entre esses resistores. Na experiência a seguir foram utilizados os seguintes resistores: R1 = 1KΩ, R2 = 2,2KΩ, R3 = 4,7KΩ. Figura 5 Circuito divisor de tensão Com os resistores na disposição da figura 5, foi calculado os valores teóricos das tensões no circuito. Primeiro calculado a corrente do circuito com a equação:𝐼 = 𝑉 (𝑅1+𝑅2+𝑅3) Tendo o valor da corrente do circuito, podemos calcular a tensão em cada resistor, aplicando a resistência de cada resistor na equação: 𝑉 = 𝑅 ∗ 𝐼 Valores teóricos V 𝑉𝑅1 𝑉𝑅2 𝑉𝑅3 I (A) 5 632 mV 1,39 V 2,97 V 632µA 10 1,26 V 2,78 V 5,94 V 1,26 mA 12 1,51 V 3,34 V 7,13 V 1,51 mA Tabela 4 Resultados teóricos circuito divisor de tensão Na simulação no Multisim foi utilizado o mesmo circuito, somente modificando os valores de tensão. 3 Figura 6 Simulação no Multisim Os valores obtidos na simulação no Multisim seguem na tabela. Os valores teóricos e práticos foram os mesmos, devido a precisão dos cálculos e do simulador. Valores simulados V 𝑉𝑅1 𝑉𝑅2 𝑉𝑅3 I (A) 5 632 mV 1,39 V 2,97 V 632µA 10 1,26 V 2,78 V 5,94 V 1,26 mA 12 1,51 V 3,34 V 7,13 V 1,51 mA Tabela 5 Resultados simulação circuito divisor de tensão Nos procedimentos experimentais, utilizamos as mesmas ferramentas do experimento anterior. Para ter os valores de tensão em cada resistor o multímetro deve ser inserido em paralelo com o resistor em questão, na escala de Volts, como na figura a seguir. Figura 7 Medindo a tensão em cada resistor Para medir a corrente, o multímetro foi inserido em série com o circuito, na escala de corrente. Figura 8 Medição de corrente Na tabela a seguir temos os valores experimentais, obtidos na prática com as ferramentas. Valores experimentais V 𝑉𝑅1 𝑉𝑅2 𝑉𝑅3 I (A) 5 642 mV 1,39 V 3 V 645µA 10 1,27 V 2,78 V 6 V 1,28 mA 12 1,51 V 3,29 V 7,11 V 1,52 mA Tabela 6 Resultados experimentais circuito divisor de tensão Com os valores encontrados calculamos o erro experimental, o cálculo foi com a mesma equação do experimento anterior. % Erro V %𝐸𝑉𝑅1(v) %𝐸𝑉𝑅2(v) %𝐸𝑉𝑅3(v) %𝐸𝐶𝑂𝑅𝑅𝐸𝑁𝑇𝐸(𝐴) 5 1,58 0,258 0,996 2,056 10 0,793 0,107 0,925 1,185 12 0,527 1,497 0,350 0,131 Tabela 7 Resultados erro experimental circuito divisor de tensão Como no primeiro experimento, os valores teóricos e simulados foram exatamente iguais, porém na simulação tivemos uma pequena diferença nos valores, conforme explicado anteriormente. Experiência 3: Divisor de Corrente Nos circuitos divisores de corrente, são utilizados dois ou mais resistores associados em paralelo para dividir a corrente entre si. A corrente da fonte se divide entre caminhos com resistências distintas. O circuito a seguir foi montado da seguinte maneira, utilizados os seguintes resistores: R1 = 1KΩ, R2 = 2,2KΩ, R3 = 4,7KΩ. 4 Figura 9 Esquema circuito divisor de corrente Foi calculado a corrente teórica em cada resistor, como no circuito todos os resistores estavam em paralelo a tensão sobre eles foi a mesma, utilizando a equação 𝐼 = 𝑉 𝑅 temos acorrente em cada resistor. Valores teóricos V1 𝐼𝑅1(A) 𝐼𝑅2(A) 𝐼𝑅3(A) 5 5,00 mA 2,27 mA 1,06mA 10 10,00 mA 4,54 mA 2,12 mA 12 12,00 mA 5,45 mA 2,55 mA Tabela 8 Resultados correntes teóricas do circuito divisor de corrente Utilizando o mesmo circuito, somente alterado os valores de tensão foi feita a simulação no Multisim. Valores simulados V1 𝐼𝑅1(A) 𝐼𝑅2(A) 𝐼𝑅3(A) 5 5,00 mA 2,27 mA 1,03 mA 10 10,00 mA 4,54 mA 2,12 mA 12 12,00 mA 5,45 mA 2,55 mA Tabela 8 Resultados correntes simuladas do circuito divisor de corrente Na sequência, foi montado o circuito na protoboard e conectado na fonte. Figura 10 Circuito divisor de corrente montado na protoboard Nesse circuito foi medido a corrente em cada resistor, colocando o multímetro em série com cada resistor. Figura 11 Exemplo de como medir a corrente em cada resistor Feito o mesmo procedimento nos três resistores temos a seguinte tabela de corrente. Valores experimentais V1 𝐼𝑅1(A) 𝐼𝑅2(A) 𝐼𝑅3(A) 5 5,02 mA 2,31 mA 1,07 mA 10 10,10 mA 4,64 mA 2,14 mA 12 11,94 mA 5,50 mA 2,54 mA Tabela 9 Resultados correntes no experimento do circuito divisor de corrente Com os valores em mãos calculamos o erro experimental, que é a variação dos valores teóricos para os resultados práticos. % Erro V %𝐸𝐼𝑅1 %𝐸𝐼𝑅2 %𝐸𝐼𝑅3 5 0,4 1,76 3,88 10 1 2,20 0,925 0,57 12 0,5 0,91 0,39 Tabela 10 Resultados erro experimental circuito divisor de corrente Como visto anteriormente, temos uma divergência entre os valores teóricos e práticos, devido a tolerância dos resistores e equipamentos, também a resistência dos cabos de prova do multímetro. Experiência 4: Equivalente de Thevenin Nesse experimento utilizando o método de análise nodal obteve se o circuito equivalente de Thevenin, que consiste em estudar uma parte do circuito, simplificando o circuito em apenas uma fonte de tensão ou corrente e um só resistor. 5 Figura 12 Circuito a ser calculado o equivalente Com o método nodal e as leis de Kirchhoff , foram calculadas todas as tensões e correntes do circuito e então o circuito equivalente de Thevenin. No simulador online, foi montado o circuito, podemos notar os valores de tensão e corrente em cada resistor. Figura 13 Circuito montado no simulador Na prática temos o circuito montado na protoboard, onde foi possível medir os valores de corrente e tensões. Figura 14 Circuito montado na protoboard Figura 15 Medindo tensão em cada resistor Figura 16 Medindo corrente em cada resistor No teste prático a tensão equivalente de Thevenin foi de 1,73V, e o resistor equivalente seria de 1KΩ. Seguindo os mesmos experimentos anteriores temos a seguinte tabela. Valores Teórico Simulado Prático % Erro 𝐼1 3,84 mA 3,84mA 3,82 mA 𝐼2 1,20 mA 1,19 mA 1,20 mA 𝐼3 2,65 mA 2,64 mA 2,61 mA 𝐼4 920 µA 919 µA 860 µA 𝐼5 1,72 mA 1,72 mA 1,75 mA 𝑉1 8,15 V 8,15 V 8,14 V 𝑉2 5,50 V 5,51 V 5,53 V 𝑉𝑅1 3,84 V 3,84 V 3,77 V 𝑉𝑅2 8,15 V 8,15 V 8,14 V 𝑉𝑅3 2,64 V 2,64 V 2,61 V 𝑉𝑅4 515 mV 514 mV 490 mV 𝑉𝑅5 3,79 V 3,79 V 3,79 V 𝑉𝑅6 1,72 V 1,72 V 1,73 V 𝑉𝑇𝐻 1,72V 1,72 V 1,73V Tabela 11 Equivalente de Thevenin 6 Conclusão Com esses experimentos realizados de forma prática, foi possível assemelhar o conteúdo visto nas aulas teóricas, e as leis da física envolvida nos circuitos elétricos, além do aprendizado no manuseio de equipamentos como fonte ajustável e multímetro, que é indispensável na análise de circuitos elétricos.