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ATIVIDADE PRÁTICA DE ELETRICIDADE ANDRÉ DA COSTA OLIVEIRA FILHO RU: 1323565 CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINTER Pap – Rua Antonino Freire, nº 1491 – Centro Cep: 64000-000 Teresina-PI Email: costafil@hotmail.com Resumo: Nesta atividade colocaremos em prática todos os conceitos abordados na disciplina de eletricidade, como lei de Ohm, leis de Kirchhoff, divisor de tensão, divisor de corrente, funcionamento de resistores, capacitores e indutores. Analisaremos corrente, tensão e suas formas de ondas nestes componentes. Palavra chave: Lei de Ohm, Leis de Kirchhoff, Divisor de corrente e Divisor de Tensão. INTRODUÇÃO No estudo da engenharia é fundamental o conhecimento sobre circuitos elétricos e seus componentes, para isso deveremos conhecer alguns princípios e leis que nos ajudarão a realizar esta atividade. A Lei de Ohm, assim designada em homenagem ao seu formulador, o físico alemão Georg Simon Ohm (1789-1854), afirma que, para um condutor mantido à temperatura constante, a razão entre a tensão entre dois pontos e a corrente elétrica é constante. Essa constante é denominada de resistência elétrica. As Leis de Kirchhoff foram criadas e desenvolvidas pelo físico alemão Gustav Robert Kirchhoff (1824 - 1887). Existem essencialmente duas Leis que Kirchhoff determinou: A Lei de Kirchhoff para Circuitos Elétricos e a Lei de Kirchhoff para Espectroscopia. A primeira foi criada para resolver problemas de circuitos elétricos mais complexos. Tais problemas podem ser encontrados em circuitos com mais de uma fonte de resistores estando tanto em série quanto paralelo. Para criar a Lei, Kirchhoff introduziu o conceito de nó (ou junção) e malha, o que é extremamente importante para o entendimentos das Leis. Uma junção ou nó é um ponto no circuito que une dois ou mais condutores. Já malha, é qualquer caminho fechado de um condutor. Tais conceitos dividem a lei em outros dois enunciadas como: Lei dos Nós de Kirchhoff e Lei das Malhas de Kirchhoff. Em eletrônica, a regra do divisor de tensão, ou simplesmente o divisor de tensão, é uma técnica de projeto utilizada para criar uma tensão elétrica (Vout) que seja proporcional à outra tensão (Vin). Em eletrônica, a regra do divisor de corrente, ou simplesmente o divisor de corrente, é uma técnica de análise utilizada para calcular a corrente que flui em um determinado ramo de um conjunto de ramos sabendo-se apenas a impedância equivalente presente em cada ramo e a corrente total que flui por eles. Neste experimento, serão demonstrados através da análise de circuitos, a lei de ohm, leis de Kirchhoff e divisor de corrente e tensão. Estudaremos o funcionamento de resistores, capacitores e indutores, assim como suas formas de onda através do osciloscópio. Utilizaremos cálculos manuais, simulações utilizando o software MultiSIM Blue, e também montaremos o circuito real utilizando o kit Didático Thomas Edson fornecido pela UNINTER. Calculando os valores de corrente e tensão que circulam por diferentes circuitos. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Para a realização dos experimentos será utilizado o software MultiSIMBlue, cujo tutorial de instalação pode ser encontrado no AVA. Recomenda-se o acesso ao site https://circuits.io/ para utilizar o AUTO DESK CIRCUITS para simular os circuitos utilizando uma protoboard, e assim entender o funcionamento da mesma. Também serão utilizados os seguintes componentes e equipamentos do Kit Didático Thomas Edson: EXPERIÊNCIA 1: LEI DE OHM Dado o circuito abaixo da figura 1, obtenha a corrente I utilizando a lei de Ohm. Considere a tensões e resistências indicadas na tabela 1 (item D) e preencha a mesma conforme solicitado nos itens a seguir. A) Calcule os valores teóricos da corrente para cada um dos casos indicados na tabela. B) Utilizando o MultiSIM Blue, simule o circuito modificando os parâmetros de tensão e resistência, conforme indicado na tabela. C) Realize os seguintes procedimentos experimentais: 3. Monte o circuito da figura 1 no protoboard, conforme indicado abaixo: 4. Com o multímetro medir a corrente I. ATENÇÃO: Para medir CORRENTE elétrica em um circuito, o multímetro deve ser sempre conectado em SÉRIE com o circuito. Nunca tente medir corrente elétrica em paralelo, correndo o risco de queimar o equipamento. Coloque o multímetro no modo corrente, abra o circuito e conecte as pontas de prova de forma que o multímetro fique em série com o resistor, conforme indicado na figura. D) Calcule o erro experimental: E) Preencha a tabela 1 com os valores obtidos. F) Justifique a diferença entre os valores experimentais e teóricos. EXPERIÊNCIA 2: DIVISOR DE TENSÃO Dado o circuito a seguir, obtenha as tensões nos resistores R1 (VR1), R2 (VR2) e R3 (VR3) e a corrente I. A) Calcule os valores teóricos de cada uma das tensões e corrente solicitados. B) Utilizando o MultiSIM Blue, simule o circuito modificando os parâmetros de tensão e preencha a tabela. C) Realize os seguintes procedimentos experimentais: 1. Monte o circuito conforme indicado. 2. Com o adaptador 15V/1.0A conectado à fonte de tensão ajustável, conforme indicado na experiência 1, ajuste a fonte para a tensão desejadas. 3. Conecte a fonte de tensão ajustável ao circuito. 4. Com o auxílio do multímetro, meça as tensões elétricas solicitadas. Coloque o multímetro no modo tensão e posicione as pontas de prova do multímetro em paralelo com cada um dos três resistores. Veja na figura 10 como o multímetro deve ser posicionado no circuito. ATENÇÃO: Para medir TENSÂO elétrica em um circuito, o multímetro deve ser sempre conectado em PARALELO com o circuito ou componente. Nunca tente medir corrente elétrica em série, correndo o risco de queimar o equipamento. 5. Meça a corrente elétrica com o auxílio do multímetro. Posicione a chave seletora no modo corrente, abra o circuito e conecte as pontas de prova do multímetro em série com os resistores, assim como realizado no experimento 1. ATENÇÃO: Para medir corrente elétrica em um circuito elétrico, o multímetro deve ser sempre conectado em SÉRIE com o circuito. Nunca tente medir corrente elétrica em paralelo, correndo o risco de queimar o equipamento. D) Calcule o erro experimental: E) Justifique a diferença entre os valores experimentais e teóricos. EXPERIÊNCIA 3: DIVISOR DE CORRENTE Dado o circuito a seguir, obtenha as correntes em cada um dos ramos. A) Calcule as tensões teóricas de cada uma das tensões e corrente solicitadas. B) Utilizando o MultiSIM Blue, simule o circuito modificando os parâmetros de tensão e preencha a tabela. C) Realize os seguintes procedimentos experimentais: 1. Monte o circuito conforme indicado: 2. Com o adaptador 15V/1.0A conectado à fonte de tensão ajustável, ajuste a fonte para a tensão desejadas. 3. Conecte a fonte de tensão ajustável ao circuito. 4. Meça a corrente elétrica solicitada. Abra o circuito e conecte o multímetro em série com cada um dos resistores. ATENÇÃO: Para medir corrente elétrica em um circuito elétrico, o multímetro deve ser sempre conectado em série com o circuito. Nunca tente medir corrente elétrica em paralelo, correndo o risco de queimar o equipamento. E) Justifique a diferença entre os valores experimentais e teóricos. EXPERIÊNCIA 4: FORMAS DE ONDA Utilizando o simulador MultiSIM Blue, montar oscircuitos das figuras abaixo e verificar as formas de onda da tensão da fonte e da corrente que circula nos circuitos. Apresente as formas de ondas obtidas e descreva e justifique os resultados observados. A) Resistor B) Capacitor C) Indutor D) Dado o circuito RC abaixo, calcular a constante de tempo pela visualização dos gráficos das tensões da fonte e do capacitor e compará-lo com o cálculo manual. EXPERIÊNCIA 5: ANALISE DE CIRCUITO A) Calcule as correntes que circulam nas fontes de tensão V1 e V3. Após o cálculo, simule o circuito no software MultiSIM Blue para conferir os resultados obtidos. Apresente todos os cálculos e a tela de simulação com os resultados obtidos. B) Calcular as tensões dos nós PR1, PR2 e PR3 manualmente. Após o cálculo, simular o circuito para conferir os resultados obtidos. Apresente todos os cálculos e a tela de simulação com os resultados obtidos. ANÁLISE E RESULTADOS EXPERIÊNCIA 1: LEI DE OHM 1 – Preencha a tabela com os valores obtidos. V1 (V) R1 I (A) %Erro A Teórica calculada B Simulada no MultiSIM Blue C Experimental utilizando o kit D Erro experimental %Erro 5 1kΩ 5mA 5mA 5.11mA -2.2 10 1kΩ 10mA 10mA 10.23mA -2.3 5 470kΩ 10.638µA 10.638µA 0,009mA 15.4 10 470kΩ 21.276µA 21.277µA 0,019mA 10.7 2 - Justifique a diferença entre os valores experimentais e teóricos. R – Os valores teórico e simulado no MultiSIMBlue são obtidos como um circuito ideal, sem oscilações, sem perdas, falhas nas conexões e com resistores ideais, por isso, sem alterações de valores. Mas no modo experimental temos o contrário, pois apresentam diferença nos valores obtidos, além de uma imprecisão na regulagem da fonte de tensão. EXPERIÊNCIA 2: DIVISOR DE TENSÃO 1 - Calcule os valores teóricos de cada uma das tensões e corrente solicitados. VALORES TEÓRICOS V1(V) VR1(V) VR2(V) VR3(V) I (A) 3 0.3V 0.66V 2.04V 0.3mA 6 0.6V 1.32V 4.08V 0.6mA 9 0.9V 1.98V 6.12V 0.9mA 12 1.2V 2.64V 8.16V 1.2mA Tabela: Tabela de resultados teóricos VALORES SIMULADOS V1(V) VR1(V) VR2(V) VR3(V) I (A) 3 300.001mV 660.002mV 2.04V 300.002µA 6 600.003mV 1.32V 4.08V 600.003µA 9 900.004mV 1.98V 6.12V 900.005µA 12 1.2V 2.64V 8.16V 1.2mA Tabela: Resultados obtidos por simulação VALORES EXPERIMENTAIS V1(V) VR1(V) VR2(V) VR3(V) I (A) 3 0.28V 0.64V 2.03V 0.28mA 6 0.57V 1.30V 4.07V 0.59mA 9 0.87V 1.97V 6.14V 0.89mA 12 1.16V 2.61V 8.14V 1.19mA Tabela: Valores obtidos experimentalmente 2 - Calcule o erro experimental: %𝐸𝑟𝑟𝑜 = 𝑉 𝑇𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 – 𝑉 𝐸𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑥100 𝑉 𝑇𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 %Erro V1(V) %EVR1 %EVR2 (V) %EVR3 (V) %E corrente 3 6.67 3.03 0.49 6.67 6 5.00 1.52 0.25 1.67 9 3.33 0.51 -0.33 1.11 12 3.33 1.14 0.25 0.83 Tabela: Cálculo do erro experimental 3 - Justifique a diferença entre os valores experimentais e teóricos. R – Os resistores usados na construção dos circuitos apresentam uma tolerância de +/- 5%( para mais ou para menos), por isso apesar de oscilações e imprecisão na regulagem da fonte de tensão, a maioria dos valores obtidos estão dentro da faixa de tolerância dos resistores usados. EXPERIÊNCIA 3: DIVISOR DE CORRENTE 1 - Calcule as tensões teóricas de cada uma das tensões e corrente solicitadas. Valores Teóricos V1 (V) IR1 (A) IR2 (A) IR3 (A) 3 3mA 1.36mA 0.44mA 6 6mA 2.73mA 0.88mA 9 9mA 4.09mA 1.32mA 12 12mA 5.45mA 1.76mA Tabela: Valores de corrente elétrica calculados Valores Simulados V1 (V) IR1 (A) IR2 (A) IR3 (A) 3 3mA 1.364mA 441.176µA 6 6mA 2.727mA 882.353µA 9 9mA 4.091mA 1.324mA 12 12mA 5.455mA 1.765mA Tabela: Valores de corrente elétrica obtidos por simulação Valores Experimentais V1 (V) IR1 (A) IR2 (A) IR3 (A) 3 3.01mA 1.35mA 0.42mA 6 6.14mA 2.76mA 0.887mA 9 9.93mA 4.45mA 1.41mA 12 12mA 5.33mA 1.7mA Tabela: Valores de corrente obtidas experimentalmente %Erro V1 (V) %EIR1 %EIR2 (V) %EIR3 (V) 3 -0.33 0.74 4.55 6 -2.33 -1.10 -0.80 9 -10.33 -8.80 -6.82 12 0 2.20 3.41 Tabela: Cálculo do erro experimental 2 - Justifique a diferença entre os valores experimentais e teóricos. R – Todos os resistores apresentaram valores dentro da faixa de tolerância, menos na faixa de 9V, que apresentaram valores muito acima da tolerância especificada nos resistores. EXPERIÊNCIA 4: FORMAS DE ONDA 1 - Utilizando o simulador MultiSIM Blue, montar os circuitos das figuras abaixo e verificar as formas de onda da tensão da fonte e da corrente que circula nos circuitos. Apresente as formas de ondas obtidas e descreva e justifique os resultados observados. a) Resistor Resultado: No gráfico são mostradas ondas de tensão e corrente caracterizadas por uma forma senoidal em fase. b) Capacitor Resultado: No gráfico são mostradas ondas de tensão e corrente caracterizadas por uma forma senoidal e que a corrente está adiantada 90° em relação ao sinal da tensão. c) Indutor Resultado: No gráfico são mostradas ondas de tensão e corrente caracterizadas por uma forma senoidal e que a corrente está atrasada 90° em relação ao sinal da tensão. d) Circuito RC Resultado: Podemos observar que o valor da tensão do capacitor torna-se igual a da fonte de tensão. EXPERIÊNCIA 5: ANALISE DE CIRCUITO 1 - Calcule as correntes que circulam nas fontes de tensão V1 e V3. Após o cálculo, simule o circuito no software MultiSIM Blue para conferir os resultados obtidos. 1 - Calcular as tensões dos nós PR1, PR2 e PR3 manualmente. Após o cálculo, simular o circuito para conferir os resultados obtidos. CONCLUSÃO Nesta atividade foram realizados experimentos com circuitos elétricos, aproximando a teoria com a prática experimental, utilizando os conceitos de Lei de Ohm, Leis de Kirchhoff. Realizamos experimentos com formas de onda em componentes como resistor, capacitor e indutor, analisando tensão e corrente. Conceitos que dão embasamento no estudo de Engenharia Elétrica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .INTRODUÇÃO A ANÁLISE DE CIRCUITOS, Robert L. Boylestad 10ª Edição. .CIRCUITOS ELÉTRICOS, Yaro Burlan Jr. E Ana Cristina C. Lyra. . Wikipédia, a enciclopédia livre.
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