Apostila - Lab 8

Prévia do material em texto

Universidade Sa˜o Judas Tadeu
Faculdade de Tecnologia e Cieˆncias Exatas
Cursos de Engenharia
Laborato´rio de F´ısica e Eletricidade
Geradores Ele´tricos
Autor: Prof. Luiz de Oliveira Xavier
Aluno R.A. Turma
-2013-
Geradores Ele´tricos
1. Introduc¸a˜o
Todo o circuito por onde passa uma corrente estaciona´ria deve possuir um dispositivo
que fornec¸a uma forc¸a eletromotriz (fem). A fem faz, justamente, com que a corrente
circule no circuito. Esse termo na˜o e´ muito exato, pois a fem na˜o e´ uma forc¸a, mas sim
uma grandeza com dimensa˜o de energia por unidade de carga, ou seja, a unidade da fem
e´ o Volt (V). Pilhas, baterias, ce´lulas solares, termopares sa˜o alguns exemplos de fontes
de fem. Todos esses dispositivos convertem algum tipo de energia (mecaˆnica, qu´ımica,
te´rmica e assim por diante) em energia potencial ele´trica e transferem essa energia para
o circuito no qual esta´ conectado.
Uma fonte de fem ideal mante´m uma diferenc¸a de potencial constante atrave´s de
seus terminais, independentemente da corrente passar ou na˜o atrave´s do dispositivo. O
s´ımbolo voceˆ ja´ conhece e a curva caracter´ıstica esta´ apresentada na figura abaixo.
b
b
EV
I
(a)
V
I
E
(b)
Figura 1: (a) S´ımbolo de um gerador ideal e (b) a sua curva caracter´ıstica.
Contudo, na pra´tica, uma fonte real apresenta uma resisteˆncia chamada de resisteˆncia
interna e representada pela letra ri. O gerador real e´ modelado como um gerador ideal
em se´rie com essa resisteˆncia interna ri, como mostra a figura abaixo.
b
b
ri
E
V
Figura 2: S´ımbolo de um gerador real.
1
Geradores Ele´tricos
Vamos considerar que o gerador real esteja conectado a uma resisteˆncia RL como
mostra a figura a seguir.
ri
E
V
Vri RL
I
Figura 3: Gerador real conectado a uma resisteˆncia RL.
Aplicando a Lei de Ohm, temos que:
I = E
ri+RL
E = Iri + IRL
(1)
como
I =
V
RL
(2)
obtemos a equac¸a˜o do gerador:
V = E − riI (3)
Repare que, pela equac¸a˜o do gerador, quando I = 0, temos V = E. Repare, ainda
que, quando V = 0, temos E = riI sendo ri a resisteˆncia interna do gerador, E a sua forc¸a
eletromotriz e I e´ a chamada ”corrente de curto circuito (Icc)”. Hoje voceˆ analisara´ essas
relac¸o˜es. Esta pra´tica e´ muito importante, conceitualmente falando. Procure entendeˆ-la
bem.
2. Objetivos
Determinar, experimentalmente, a resisteˆncia interna, a forc¸a eletromotriz e a corrente
de curto circuito de um gerador.
2
Geradores Ele´tricos
3. Material Utilizado
• Uma bateria com um resistor acoplado no terminal positivo;
• Um porta pilha com pilha;
• Um potencioˆmetro montado numa placa;
• Um mult´ımetro que sera´ utilizado com volt´ımetro;
• Um miliamper´ımetro;
• Uma chave de faca;
• Cabos.
4. Procedimento Experimental
1. Coloque o mult´ımetro no setor para medir tenso˜es cont´ınuas. Utilize, inicialmente,
um fundo de escala de 20 V;
2. Examine o miliamper´ımetro, veja ate´ quanto ele mede, qual o polo negativo e qual o
seu polo positivo;
3. Monte o circuito que se encontra esquematizado na figura abaixo, fazendo todas as
ligac¸o˜es mas deixando a pilha desligada, isto e´ na˜o fechando a chave;
Figura 4: Circuito ele´trico para o estudo das caracter´ısticas de um gerador.
3
Geradores Ele´tricos
4. Gire o eixo do potencioˆmetro no sentido anti-hora´rio, ate´ o fim. Assim, ele ficara´ com
resisteˆncia igual a zero;
5. Feche o circuito com a chave, colocando os terminais dos polos da pilha em contato
com o resto do circuito;
6. Veja se os medidores esta˜o indicando tensa˜o e corrente. Em caso negativo, reveja as
ligac¸o˜es;
OBSERVAC¸A˜O IMPORTANTE: Daqui em diante, voceˆ vai fazer leituras nos dois
medidores. Fac¸a as leituras com atenc¸a˜o! Realize as leituras com todos os algarismos
significativos.
7. Anote, na primeira linha da Tabela I que esta´ na outra pa´gina, os valores lidos da
corrente e da tensa˜o;
8. Ajustando um a um os valores da tensa˜o que esta˜o na primeira coluna da Tabela I
ja´ mencionada, com a ajuda do potencioˆmetro, leia os respectivos valores da corrente,
anotando-os nas respectivas linhas da segunda coluna. Preenchida a Tabela I, desmonte
o circuito;
9. Utilizando a folha de papel milimetrado, construa o gra´fico de V=f(I). E´ importante
que se fac¸a a origem dos eixos no ponto (0,0) pois sera˜o feitas, no gra´fico, algumas extra-
polac¸o˜es. Esse gra´fico devera´ ter o seguinte aspecto:
0
Ponto B
T
e
n
s
ã
o
 
U
 
(
V
)
Corrente i (mA)
Ponto A
 
 
Figura 5: A tensa˜o V em func¸a˜o da corrente I.
10. Extrapole a reta que corta os eixos nos pontos A e B;
4
Geradores Ele´tricos
Tabela 1: Dados obtidos experimentalmente
Tensa˜o V (V) Corrente I (mA)
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
4,2
4,4
4,6
4,8
5,0
5,2
5,4
5,6
5,8
6,0
6,2
6,4
6,6
6,8
7,0
5
Geradores Ele´tricos
11. Anote os valores de V e I correspondentes aos pontos A e B;
Ponto A: V= V
Ponto B: I= mA
12. Enta˜o, o ponto A do gra´fico corresponde ao que foi dito na Introduc¸a˜o, ou seja,
quando I = 0 temos que V = E. Repita o valor obtido no ponto A:
Ponto A: V=E= V
13. E o ponto B do gra´fico tambe´m corresponde ao que foi dito na Introduc¸a˜o, ou seja,
quando V = 0, I = Icc. Repita o valor obtido no ponto B:
Ponto B: I=Icc= mA
14. Calcule o valor da resisteˆncia interna ri do gerador a partir de E do item 12 e de Icc
do item 13.
ri =
E
Icc
= Ω (4)
15. Anote o valor da resisteˆncia que esta´ acoplada com a bateria. E´ o resistor, cujo corpo
cil´ındrico esta´ pintado de verde.
rbateria = Ω (5)
16. Compare os dois valores e comente eventuais discrepaˆncias. Se os resultados foram
pro´ximos voceˆs realizaram com sucesso a experieˆncia. Esse resistor acoplado a bateria
simula a resisteˆncia interna do gerador!
17. Para finalizar substitua os valores determinados nos itens 12 e 14 na equac¸a˜o (3) que
esta´ na Introduc¸a˜o e escreva a equac¸a˜o do gerador.
6
Geradores Ele´tricos
5. Teste seus Conhecimentos
(1) Uma bateria comercial de 1,5 V e´ utilizada no circuito esquematizado abaixo, no
qual o amper´ımetro e o volt´ımetro sa˜o considerados ideais. Varia-se a resisteˆncia R, e as
correspondentes indicac¸o˜es do amper´ımetro e do volt´ımetro sa˜o usadas para construir o
o seguinte gra´fico de voltagem (V ) versus corrente (i):
Usando essas informac¸o˜es podemos afirmar que a resisteˆncia interna da bateria e´:
(A) ri = 1,0 Ω.
(B) ri = 1,5 Ω.
(C) ri = 1,2 Ω.
(D) ri = 0,3 Ω.
(E) ri = 0,4 Ω.
(2) A figura abaixo mostra o gra´fico da curva caracter´ıstica de um gerador ele´trico.
Podemos afirmar que a equac¸a˜o do gerador e´:
(A) V = 9 - 3I; (B) V = 3 - 9I; (C) V = 3 + 9I; (D) V = 9 + 3I; (E) V = -9 - 3I
7
	gerador_main.pdf
	papel_milimetrado1.pdf