Laboratório Eletricidade - Aula F e G

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Universidade Federal do Rio Grande do Sul 
Departamento de Engenharia Elétrica – DELET 
ENG04453 – Eletricidade – 2015/2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Laboratório Eletricidade - Aula F e G 
 
 
Thainá Fonseca Ourique 
Turma I 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Porto Alegre, Setembro de 2015 
 
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1. Introdução 
 Neste laboratório tivemos como objetivo analisar 2 circuitos, RC e RL, utilizando dois 
novos equipamentos (osciloscópio e o gerador de funções). Assim, foi analisado o 
comportamento das tensões e correntes nos dois circuitos. 
2. Explorando o Gerador de Funções e o Osciloscópio 
 Inicialmente para analisar os dois circuitos foi necessário explorar esses dois novos 
equipamentos, gerador de funções e osciloscópio, já que foi o primeiro contato da turma. 
 Gerador de funções: é um aparelho eletrônico utilizado para gerar sinais elétricos de 
formas de onda, frequências e amplitude (tensão) diversas. São muito utilizados em 
laboratórios de eletrônica como fonte de sinal para teste de diversos aparelhos e 
equipamentos eletrônicos. 
 Osciloscópio: é um instrumento de medida eletrônico que cria um gráfico bidimensional 
visível de uma ou mais diferenças de potencial. O eixo horizontal do monitor 
normalmente representa o tempo, tornando o instrumento útil para mostrar sinais 
periódicos. O eixo vertical comumente mostra a tensão. A representação gráfica gerada 
por um osciloscópio permite a análise de diversas características de um sinal, como: 
Amplitude, período, frequência, defasagem entre dois sinais, existência de 
interferências (ruído) continuadas, perturbações transitórias, etc. 
 O osciloscópio utilizado no laboratório tem dois canais de entrada de sinal elétrico. 
Cada canal recebe o sinal proveniente do circuito através de ponteiras. Cada ponteira tem o 
ponto de entrada e o ponto comum, o qual servirá de parâmetro para o cálculo das tensões. 
3. Desenvolvimento 
 Foi proposto no laboratório a analise de circuitos RC e RL. Assim, também foi 
necessário o conhecimento do funcionamento de cada componente. 
 O capacitor é um componente que armazena energia num campo elétrico, acumulando 
um desequilíbrio interno de carga elétrica. Ele contem dois eletrodos que armazenam cargas 
opostas. Estas duas placas são condutoras e são separadas por um isolante (ou dielétrico). A 
carga é armazenada na superfície das placas, no limite com o dielétrico. A propriedade que estes 
dispositivos têm de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático é 
chamada de capacitância (C) e é medida pelo quociente da quantidade de carga (Q) armazenada 
pela diferença de potencial ou tensão (V) que existe entre as placas. A unidade de medida da 
capacitância é o farad (F). 
 Já o indutor também conhecido como solenoide ou bobina, é um componente elétrico 
capaz de armazenar energia em um campo magnético gerado pela corrente que o circula. Essa 
capacidade é chamada de indutância e é medida em Henrys (H). Ou seja, indutância é um 
parâmetro dos circuitos lineares que relaciona a tensão induzida por um campo 
magnético variável à corrente responsável pelo campo. O indutor se opõe a variações 
instantâneas da corrente que flui através dele, a fim de manter o seu campo magnético 
constante. 
 Assim, foi proposto fazer a medição da diferença de fase entre tensão e corrente em um 
circuito RL e em um circuito RC. Para isso, usamos um circuito RL, um circuito RC, um 
gerador de funções, um osciloscópio. 
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Figura 1- Montagem dos circuitos analisados RC e RL. 
 
3.1) Circuito RC 
 
 O comportamento do circuito RC durante a carga e descarga é mostrada por meio 
daonda quadrática abaixo, para uma frequência de 100Hz. É possível perceber que o 
carrgamento do capacitor não é instantâneo, assim como a descarga. Na imagem mostra 
momentos onde a chave é ligada e desligada. 
 
 
Figura 2 – Comportamento onda quadratica do circuito RC 
 
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 Para calcularmos a defasagem existente entre a tensão e a corrente, foi necessário 
modificar para onda senoidal. Então conectando o multiteste e o osciloscópio no circuito, foi 
possível verificar o comportamento dos sinais e medir a defasagem entre eles. Na tela pudemos 
ver que corrente no circuito RC, para mesma frequência de 100Hz, aparece adiantada em 
relação à tensão (figura 3) e então, calcular que a defasagem entre a corrente e tensão é de 
aproximadamente 57,6º. 
 
 
Figura 3 – Comportamento corrente(canal 2 – em amarelo) e tensão de um circuito RC. Nota-
se que a corrente esta adiantada em relação a tensão. 
 
3.2) Circuito RL 
 
 Para o circuito RL foram feitas duas analises em diferentes frequências, uma com 4kHz 
e outra com 1kHz. Assim, foi possível verificar diferentes comportamentos do circuito. Da 
mesma forma que anteriormente, foi analisado o comportamento da tensão e da corrente no 
circuito RL e a defasagem entre eles. No caso para o circuito com indutor, a corrente(canal 2 em 
amarelo) está atrasada em relação a tensão, como podem ser vistas nas figuras 4 e 5 abaixo. Para 
a frequência de 1kHz(figura 4), pode-se perceber que os dois sinais estão bem próximos, 
comprovando pela defasagem calculada que foi de 18º. Já para a frequencia de 4kHz(figura 5) 
foi calculada uma defasagem de 50,4º. 
 
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Figura 4 - Comportamento circuito RL: corrente e tensão com frequencia 1kHz 
 
 
Figura 5 - Comportamento circuito RL: corrente e tensão com frequencia 4kHz 
 
 Os cálculos de defasagem foram feitos a olho nu, podendo conter erros acumulados. Foi 
feito simplesmente uma regra de três, onde a medida de defasagem foi feita contando o numero 
de quadrados num período que corresponde a 360º, assim olhando a diferença nos quadrados 
dois sinais é possível calcular a defasagem. Por exemplo, a figura 5 mostra o circuito RL com 
frequência de 4kHz, 1 período corresponde a 5 quadrados e 0,7 quadrados corresponde a 
defasagem, assim calcula-se a defasagem como 50,4º. 
 
 
4. Conclusões 
Em um circuito puramente resistivo, tensão e corrente estão em fase. Entretanto, 
quando inserimos um indutor ou um capacitor no circuito, constatamos atrasos ou 
adiantamentos da corrente em relação à tensão. Geralmente, um indutor atrasa a corrente e um 
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capacitor adianta a corrente. A ocorrência dessas diferenças de fase está relacionada com as 
reatâncias desses elementos. 
 Neste laboratório foi possível observar tais características em circuitos RL e RC, assim 
como calcular as diferenças de fase a partir de métodos gráficos pelo osciloscópio. 
 
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Questões LAB F e G 
 
LAB F 
1. A que está associado a frequência de oscilação de circuitos LC? 
A oscilação do circuito RC é descrito como a variação do armazenamento de energia em forma 
de campo elétrico pelo capacitor e do campo magnético pelo indutor. A frequência com que essa 
transição acontece é frequência e ressonância que é : F= 1/ (2π(LC)^0,5), sendo L, indutância e 
C capacitância. 
2. E o fator de amortecimento de circuitos RL/RC/RLC? 
Para capacitores e indutores ideais não existe dissipação de energia, só carga e descarga pelas 
perdas, a função do elemento dissipativo fica para o resistor. Depois de um tempo que o RLC 
recebe um sinal a energia do sistema é dissipada até atingir zero em tempo muito grande. 
3. É possível traçar-se um paralelo deste tipo circuito com sistemas massa-mola? A que 
resultado sechega? 
O sistema massa mola também pode ser descrito como uma onda que se o atrito é considerado 
no problema, vai diminuindo gradativamente com o tempo até atingr zero um tempo muito 
grande. Quando isso acontecer, toda energia dos sistema em forma de potencial e cinética foi 
dissipada em forma de energia térmica e som. A frequência dos sistema massa mola é : f= 
(1/(2π))*((k/m)^0,5), onde k constante elástica e m massa do sistema 
4. Quantos conectores de “sinal terra” possui um osciloscópio? 
Apenas um sinal terra. 
5. É possível conectar-se as duas ponteiras do osciloscópio (4 conectores no total) a 4 
pontos distintos? Porque? 
Cada ponteira possui um terra, portanto apenas 3 pontos, 1 o terra e outros dois pontos. 
 
LAB G 
1. Reproduza as curvas visualizadas no osciloscópio nos itens 1, 2 e 3, indicando: 
Frequência do sinal excitador, amplitude do sinal de entrada e saída, e diferença 
de fase entre os sinais de entrada e saída (tanto em ms como em “graus elétricos”) 
em cada caso. 
Mostrado na parte 3 do trabalho, no desenvolvimento. 
2. Descreva, sucintamente, como é feita a medida de um sinal elétrico com o uso do 
osciloscópio. 
É feita pela deflexão de um feixe eletrônico que incide na tela marcando a grandeza em 
função do tempo instantaneamente. 
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3. Do sinal que aparece na tela do osciloscópio qual o parâmetro que é medido no eixo 
X? Qual o parâmetro que é medido no eixo Y? 
Unidade em x temos o tempo e em Y a amplitude da onda que pode representar tensão ou 
corrente por exemplo. 
4. Porque, na medida usando dois canais, é necessário conectar apenas o terminal-terra 
de uma das ponteiras? 
No circuito temos apenas um terra, então necessita conectar apenas um terminal. 
5. No circuito resistivo, qual a defasagem observada entre os sinais de tensão e corrente 
monitorados no osciloscópio? Explique porque ocorre este comportamento. 
Não existe defasagem no circuito puramente resistivo pois não há componente reativa. 
6. No circuito com o indutor, qual a defasagem observada no osciloscópio entre os sinais 
de tensão e corrente monitorados no osciloscópio? Explique porque ocorre este 
comportamento. 
O circuito indutivo temos a corrente atrasada em relação a tensão de 50,4º para a 
frequencia de 4kHz(figura 5). Essa relação ocorre devido a reatância positiva do indutor. 
7. No circuito com o capacitor, qual a defasagem observada no osciloscópio entre os 
sinais de tensão e corrente monitorados no osciloscópio? Explique porque ocorre este 
comportamento. 
Com frequência de 100Hz, a corrente aparece adiantada em relação à tensão (figura 3) de 
aproximadamente 57,6º. Ocorre devido a reatância negativa do capacitor.