Indução de faraday RC-e-RCL

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Universidade Estadual de Maringá
Departamento de Tecnologia-Campus Umuarama
RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL IV
CURSO: Engenharia Ambiental 							TURMA: 51
ALUNAS:
Adriana Wanessa Rodrigueiro Queiroz R.A.: 91015 
Bruna Pasetto R.A.:
Isabela de Jesus Sanchez R.A.: 91858 
Maria Júlia Bonfim Santana R.A.: 89607
Pedro Henrique Lopes Palu R.A.:
EXPERIMENTO: Indução de Faraday, Circuitos de Corrente Alternada- Circuito LR forçado, Circuito RLC forçado.
DATA: 18/12//2015
OBJETIVOS: Esta atividade experimental tem por objetivo estudar oscilações eletromagnéticas e suas aplicações a circuitos de corrente alternada AC.
REVISÃO TEÓRICA: 
A lei de Faraday mostra que, o fluxo magnético através de uma superfície limitada por um fio varia, sendo que uma fem igual a magnitude a taxa de variação do fluxo é induzida no fio. Assim detectando que a fem nos limite da superfície existe mesmo se não existir caminho condutor ou se ele for incompleto e não existe corrente. 
O campo magnética sendo devido a um imã permanente, a magnitude do campo magnético pode ser aumentada ou diminuída aproximando ou afastando o imã da superfície. Se o campo magnético é devido a uma corrente em um circuito, a magnitude do campo magnético aumenta ou diminuí dependendo da variável da corrente. Assim o fluxo também pode variar através de alterações no ângulo, podendo variar a orientação da superfície ou a direção do campo magnético. 
O sinal de negativo na lei de Faraday é relacionado ao sentido da fem induzido, ou seja horário ou anti-horario.
Com a fem é o trabalho realizado por unidade de carga, sabedo que deve haver forças exercidas nas cargas em movimento que estão realizando trabalho, assim, não podemos atribuir a fem ao trabalho realizado por forças magnéticas. São as forças elétricas associadas ao campo elétrico não conservativo que realizam trabalho nas cargas em movimento. Tendo a linha de campo elétrico ao longo de um circuito completo é igual ao trabalho realizado por unidade de carga, sendo igual à fem induzida ao circuito.
A fem pode ser induzida ao numero de voltas N multiplicando pela taxa de variação do fluxo através de uma única volta ou no numero de voltas multiplicando pela taxa de variação de fluxo magnético através de uma superfície limitada por uma única volta, igual ao negativo da fem induzida usando a lei de faraday.
A fem induzida em um condutor devido ao seu movimento em uma região na qual existe um campo magnético é chama de fem induzida por movimento, dessa forma qualquer fem induzida pelo movimento de um condutor em uma região na qual existe um campo magnético.
Com um estimulo inicial, a carga, de diferença de potencial e a corrente nos circuitos LC e RLC oscilam com frequência angular. Sendo chamada de oscilação livre, e a frequência angular é a frequência angular natural.
A diferença da frequência angula de excitação acontece quando, a fonte externa de força eletromotriz alternada é ligada a um circuito RLC. Qualquer que seja a frequência angular natural de um circuito as oscilações forçadas de carga, a corrente e a diferença de potencial acontecem na frequência angular de excitação.
Um transformador é um dispositivo usado para aumentar ou para reduzir a tensão em um circuito sem perda apreciável de energia. Ele opera baseado no principio que uma corrente alternada em um circuito induz uma fem alternada em um circuito na proximidades devido a indutância mutua entre os dois circuito. Com um núcleo de ferro aumentando o campo magnético para uma corrente e conduzindo sua direção assim o fluxo de acoplamento das bobinas chega a 100%. Tendo duas boninas uma se chamando primaria na qual tema entrada de potencia e a outra de secundaria, sendo qualquer uma podendo ser a primaria ou secundaria.
 Existem diversas analogias entre osciladores eletromagnéticos e mecânicos, uma vez que permitem que resultados obtidos para osciladores eletromagnéticos, uma vez que simplificam a discussão sobre osciladores eletromagnéticos e mecânicos que simplificam a discussão sobre osciladores eletromagnéticos, uma vez que permitem que resultados obtidos para osciladores mecânicos.
Um circuito RLC opera no regime subcrítico aparecem oscilações. Se deixamos esse circuito oscilante evoluir livremente no tempo, após receber uma certa energia inicial, as oscilações terão sua amplitude diminuída ate que toda a energia seja dissipada, fazendo com que o sistema pare de oscilar. Essa atenuação dependera do valor da constante α=R/2L. Essas oscilações correspondem a troca de energia armazenada no sistema entre o capacitor e o indutor. A atenuação das amplitudes aparece devido a dissipação de energia no resistor por efeito Joule. Para mantermos a amplitude constante ao longo do tempo, devíamos constantemente fornecer energia de modo a compensar essa dissipação. Esse tipo de circuito também é considerado com circuito RLC forçado.
O circuito RL é simples, basicamente formado por um resistor e um capacitor, podendo estar em série ou em paralelo, e é formado por um resistor e um indicador.
A ressonância acontece quando um sistema físico recebe energia por meio de excitações de freqüência igual a uma de suas freqüências naturais de vibração. Assim, o sistema físico passa a vibrar com amplitudes cada vez maiores. Cada sistema físico capaz de vibrar possui uma ou mais frequências naturais, isto é, que são características do sistema. 
Todos estes sistemas possuem sua frequência natural, que lhes é característica. Quando ocorrem excitações periódicas sobre o sistema. Se a freqüência natural de oscilação do sistema e as excitações constantes sobre ele estiverem sob a mesma frequência, a energia do sistema será aumentada, fazendo com que vibre com amplitudes cada vez maiores.
Como a carga elétrica q varia com o tempo num circuito constituído por um indutor (L), um capacitor (C) e um resistor (R). Como a energia é transferida do campo elétrico do capacitor para o campo magnético do indutor e, vice-versa, sendo dissipada gradualmente no resistor oscilador amortecido.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: 
RESULTADOS:
Experimento 1: Oscilações eletromagnéticas 
Tabela 1
	VP
	NP
	Núcleo
	NS
	VST
	VSM
	
3,2 V
	
400
	Simples
	
200
	
1,6
	0,5
	
	
	U
	
	
	0,3
	
	
	Fechado
	
	
	1,1
	
	
	Simples
	
400
	
3,2
	1,2
	
	
	U
	
	
	0,9
	
	
	Fechado
	
	
	2,4
	
	
	Simples
	
800
	
6,4
	2,7
	
	
	U
	
	
	2,1
	
	
	Fechado
	
	
	5,1
	
	
	Simples
	
1600
	
12,8
	5,7
	
	
	U
	
	
	4,5
	
	
	Fechado
	
	
	10,7
	
	
	Simples
	
3200
	
25,6
	12,2
	
	
	U
	
	
	9,3
	
	
	Fechado
	
	
	21,7
Experimento 2: Circuito RL forçado
Tabela 2
	
	Sem Núcleo 
R = 10 Ω
	Sem Núcleo
R = 5,6 Ω
	Com Núcleo
R = 10 Ω
	Com Núcleo
R = 5,6 Ω
	Resistência do indutor
	7,4 Ω
	7,4 Ω
	7,4 Ω
	7,4 Ω
	Resistência do Resistor
	11,1 Ω
	11,1 Ω
	5,7 Ω
	5,7 Ω
	Resistência total R
	18,5 Ω
	18,5 Ω
	13,1 Ω
	13,1 Ω
	Indutância do Indutor
	8,2 mH
	8,2 mH
	8,2 mH
	8,2 mH
	Voltagem Máxima no Resistor
	3,921 V
	3,921 V
	4,575 V
	4,575 V
	Tempo da Voltagem Máxima no Resistor Tmax
	0,0075 s
	0,0035 s
	0,0085 s
	0,0085 s
	Tempo em que a voltagem no resistor é Metade da Máxima 
	0,0077 s
	0,0238 s
	0,0088 s
	0,0088 s
	= 
	2 x 10-4
	1, 12 x 10-2
	3 x 10-4
	3 x 10-4
	= 
	4, 432 x 10-4
	4, 4432 x 10-4
	6, 259 x 10-4
	6, 259 x 10-4
	= / ln (2)
	2, 88 x 10-4
	1,6 x 10-2
	4, 32 x 10-4
	4, 32 x 10-4
	= 
	5, 32 x 10-3
	2, 96 x 10-1
	5, 65 x 10-3
	5, 65 x 10-3
Gráfico1: Tensão no resistor, tensão no indutor e tensão de saída, onda quadrada R = 5,7 Ω.
Gráfico 2: Tensão no resistor, tensão no indutor e tensão de saída, onda quadrada R = 11,1 Ω
Linha de tendência 1: Tensões dos resistores
Linha de tendência 2: Tensões dos resistores
Legenda: Série 1 – Sem núcleo;
Série 2 – Com núcleo;
Experimento 2: Circuito RLC forçado
Tabela 3
	Fd/fr
	Frequência de excitação
	Frequência angular
	Reatância indutiva
	Reatância capacitiva
	Impedância
	Imax teórica
	ddp
	Imax exp.
	Imax medida
	0,06
	5,00
	31,42
	0,26
	67,73
	69,39
	0,043
	0,412
	0,006
	0,04
	0,11
	10,00
	62,83
	0,52
	33,86
	37,07
	0,081
	0,762
	0,021
	0,07
	0,17
	15,00
	94,25
	0,77
	22,58
	27,16
	0,110
	1,057
	0,039
	0,1
	0,23
	20,00
	125,66
	1,03
	16,93
	22,70
	0,132
	1,257
	0,055
	0,12
	0,35
	30,00
	188,50
	1,55
	11,29
	18,90
	0,159
	1,500
	0,079
	0,15
	1,00
	85,31
	536,02
	4,40
	3,97
	16,21
	0,185
	1,819
	0,112
	0,19
	2,57
	220,00
	1382,30
	11,33
	1,54
	18,93
	0,158
	1,571
	0,083
	0,16
	4,10
	350,00
	2199,11
	18,03
	0,97
	23,53
	0,127
	1,286
	0,055
	0,13
	5,86
	500,00
	3141,59
	25,76
	0,68
	29,86
	0,100
	1,000
	0,033
	0,1
	7,61
	650,00
	4084,07
	33,49
	0,52
	36,73
	0,082
	0,829
	0,023
	0,08
	11,72
	1000,00
	6238,19
	51,52
	0,34
	53,69
	0,056
	0,569
	0,011
	0,06
Gráfico 3: Imax X 
Gráfico 4: Imax X Corrente angular
DISCUSSÃO E CONCLUSÕES:
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