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Circuito RC Prática 7 - Data 17/10/2017 Centro Universitário Senai Cimatec, Curso de Engenharia de Controle e Automação, 4º Semestre, GRD-NGR-0018 Felipe Mira; João Victor Dantas; Lucas Alexandrino; Robenilson Queiroz e Roger Milla. Entregue ao professor Dion Ribeiro da disciplina Física C - Prática Resumo: O presente relatório propõe abordar uma análise de circuitos RC, bem como gerar o gráfico de carga e descarga do circuito, além disso calcular a constante de tempo em um circuito RC. Palavras-chave: Carga, Descarga, resistor, capacitor, circuito capacitivo. Introdução Um Circuito RC é um circuito com um resistor e um capacitor. Um exemplo prático de circuito RC é o de uma lâmpada de flash de máquina fotográfica. Neste circuito uma bateria carrega um capacitor através de um resistor em série. Depois de carregado, o capacitor descarrega através da lâmpada, produzindo o clarão que ilumina a cena. Logo depois, o capacitor é recarregado e o procedimento se repete[1]. Neste tipo de circuito, a corrente neste circuito circula num só sentido, mas valores variam com o tempo. Muitos dispositivos incorporam circuitos em que um capacitor é carregado e descarregado, alternadamente. Sendo eles os marcapassos, semáforos, pisca-piscas automotivos e unidades de flash eletrônico. (SEARS, 2009, p.182). Tendo em vista que a carga em função do tempo é igual ao produto da capacitância pela tensão, pode-se determinar a tensão no capacitor ao longo do tempo pelo seguinte método: Inicialmente, começamos com o capacitor descarregado; liga-se o circuito no instante t=0, passando a chave S para o ponto a. Assim, verifica-se que a carga q do capacitor não se estabelece de maneira instantânea, como pode ser visto no esquema a seguir. Figura1. Esquema de carga e descarga de um capacitor. Aplicando a lei de Kirchoff das tensões ao circuito de carga, temos a seguinte a equação: Como , substituímos na equação acima, assim teremos: A solução da equação diferencial é do tipo: Onde V(t) corresponde a tensão sobre o capacitor em função do tempo, Vo a tensão inicial, t o tempo em segundos, R resistência do resistor e C a capacitância do capacitor. A grandeza RC possui uma dimensão de tempo, assim é chamada de constante de tempo capacitiva τ. Onde τ = RC. Ela representa o tempo necessário para que a carga ou tensão atinja um valor igual a 63% do seu valor inicial. No processo de descarga do capacitor, temos a passagem da chave S para o ponto b. Assim, aplicando o mesmo método anterior, teremos a seguinte equação para determinar a tensão no capacitor. Quando descarregamos um capacitor sua carga não cai à zero instantaneamente, mas decai exponencialmente. O objetivo deste experimento consiste em determinar a constante de tempo em um circuito RC, bem como construir os gráficos de carga e descarga para um capacitor. Além disso, estudar o comportamento de um circuito RC. Experimento Materiais e Métodos Para o experimento, utilizou-se os seguintes materiais: 1. Fonte de tensão variável; 2. 1 Multímetro; 3. Placa de montagem; 4. 1 Capacitor 1000 µF; 5. 1 resistor de 100 Ohms; 6. 1 resistor de 100k Ohms; 6. Cronômetro do celular; 7. Cabos de ligação; 8. Chave liga-desliga; De início, mediu-se individualmente cada resistor disposto na bancada com um multímetro com o objetivo de verificar sua resistência e logo em seguida, montou-se na placa de montagem um circuito com um resistor em série com o capacitor. Posteriormente, foi aplicado uma tensão de 10V nos terminais do circuito. A partir daí utilizou-se o multímetro para medir a tensão sobre o capacitor visando observar o seu processo de armazenamento de carga. Foi observado que deveríamos utilizar o resistor de 100k Ohms que resiste melhor à passagem de carga para o capacitor podendo assim construir a tabela de resultados no qual foi anotado. Repetiu-se o mesmo procedimento para a descarga do capacitor. Na próxima seção, será abordada uma discussão a respeito dos resultados obtidos nos experimentos. Resultados A partir do experimento, coletou-se os dados do tempo de carregamento e descarregamento do capacitor e plotou-se um gráfico com o coeficiente de tempo τ, apresentados a seguir: Tabela 1: Tempo de Carregamento Tempo (s) Tensão (V) 5 0,65 10 1,06 15 1,64 20 2,08 25 2,55 30 2,9 35 3,29 40 3,66 45 4,01 50 4,35 55 4,65 60 4,92 65 5,13 70 5,48 75 5,67 80 5,88 85 6,14 90 6,33 95 6,59 600 9,91 Fonte: Própria Tabela 2: Tempo de Descarregamento Tempo (s) Tensão (V) 5 9,38 10 8,9 15 8,44 20 8 25 7,56 30 7,14 35 6,75 40 6,38 45 6,05 50 5,75 55 5,41 60 5,14 65 4,86 70 4,61 75 4,36 80 4,15 85 3,94 90 3,71 95 3,54 100 3,35 105 3,19 110 3,02 115 2,83 120 2,72 125 2,57 130 2,41 290 0,5 345 0,3 410 0,2 Fonte: Própria Gráfico 1: V x t Conclusão Referências [1] Halliday, D.; Resnick, R.; Walker,J,“Fundamentos de Física, v.3: eletromagnetismo” , LTC editora, 2009.
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