Relatório Física IV - Capacitor em Regime AC

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Capacitor em regime AC
 
Resumo
Este experimento consistiu em verificar a reatância capacitiva de um circuito em regime de corrente alternada, anotando os valores obtidos que dependem da frequência(f) utilizada. 
Introdução
Um capacitor, quando percorrido por uma corrente elétrica alternada, oferece uma oposição à passagem da mesma, imposta pelo Campo Elétrico (E) denominada REATÂNCIA CAPACITIVA (Xc). Essa reatância capacitiva é inversamente proporcional à frequência (f) de oscilação da corrente e a capacitância (C), e é dada por:
OBS1: Como a reatância capacitiva é uma oposição à passagem de corrente, a sua unidade é a mesma de resistência, isto é, o ohm (O). Da Eq. 1, podemos traça um gráfico da reatância capacitiva (Xc) em função da frequência (f ), obtendo como resultado, a curva mostrada na Figura 2-1.
Do gráfico, concluímos que à medida que a frequência aumenta, a reatância capacitiva decresce até atingir um valor praticamente nulo. Como a reatância capacitiva é função da frequência, devemos medi-la por um processo experimental, ou seja, aplicamos uma tensão alternada aos terminais do capacitor, Figura 2-2, e medimos o valor da tensão eficaz (Vef) e da corrente eficaz (Ief), obtendo, assim, o seu valor pela Eq. 2.
Considerando um circuito elétrico com uma resistência, a reatância capacitiva (Xc) será definida como segue:
visto que,
onde: Vcef – Tensão eficaz no capacitor
 Vref – Tensão eficaz no resistor
Quando uma tensão alternada é aplicada nos terminais de um capacitor (Figura 2-2) surgirá uma corrente alternada, pois o capacitor irá carregar-se e descarregar-se continuamente, com os valores instantâneos da voltagem, carga e corrente variando segundo as funções periódicas abaixo:
OBS2: Quando o capacitor está descarregado, a corrente é máxima, e quando está carregado, a corrente é nula (Figura 2-3).
Observando a Figura 2-3, notamos que a corrente está adiantada de rad, em relação à tensão.
Objetivos
Ao término deste experimento, você será capaz de:
Verificar, experimentalmente, a variação da REATÂNCIA CAPACITIVA (XC) em função da frequência (f).
Procedimento Experimental
Para o experimento os seguintes materiais foram usados:
01 (um) gerador de sinais – onda senoidal;
01 (um) osciloscópio;
01 (um) capacitor de 0,24 μF;
01 (um) resistor de 1 kΩ;
01 (uma) placa de montagem.
Montamos o circuito da figura abaixo. Ajustando o gerador de sinais para a frequência de 1,0 kHz, onda senoidal.
Ajustamos a tensão do gerador de sinais observando através da tela do osciloscópio os valores das tensões de pico a pico em cima do resistor (Vrpp) especificados no Quadro 1. Para cada valor de Vrpp, determinamos e anotamos no quadro 1 a tensão pico a pico no capacitor. 
Ajustamos o gerador de sinais para 1,0 V (Vpp). Mantendo a tensão constante a cada medida, variando a frequência de acordo com o quadro 2. Medimos e anotamos para cada caso
Resultados
De acordo com o procedimento os seguintes resultados foram obtidos:
	VRpp (V)
	VRef (V)
	Ief (A)
	VCpp (V)
	VCef (V)
	XC ()
	1
	0,,355
	0,00035
	0,64
	0,,227
	639,43
	2
	0,71
	0,00071
	1,3
	0,46
	647,88
	3
	1,,064
	0,0011
	2
	0,71
	645,45
	4
	1,42
	0,0014
	2,65
	0,94
	671,42
	5
	1,77
	0,,002
	3,3
	1,17
	585
Quadro 01
	f(kHz)
	VRpp (V)
	VRef (V)
	VCpp (V)
	Vcef (V)
	Ief (A)
	XC ()
	1
	0,66
	0,,234
	0,51
	0,18
	0,00023
	782,6
	2
	0,75
	0,,266
	0,29
	0,,103
	0,0003
	343,3
	3
	0,8
	0,28
	0,17
	0,06
	0,0003
	200
	4
	0,78
	0,,276
	0,,135
	0,,048
	0,00027
	177,8
	5
	0,8
	0,28
	0,,115
	0,,041
	0,0003
	136,7
	6
	0,8
	0,28
	0,1
	0,,035
	0,0003
	116,7
	7
	0,8
	0,28
	0,08
	0,03
	0,0003
	100
	8
	0,8
	0,28
	0,07
	0,,025
	0,0003
	83,33
	9
	0,8
	0,28
	0,,068
	0,,024
	0,0003
	80
	10
	0,8
	0,28
	0,06
	0,,021
	0,0003
	70
Quadro 02.
Pelo resultados observou-se o que já se havia previsto com a teoria, a reatância tende a diminuir com o aumento da frequência de oscilação da fonte. 
Questões
Calcule VRef e VCef, preenchendo o Quadro 1.
Nos resultados.
. Calcule Ief = Vref / R, preenchendo o Quadro 1.
Nos resultados.
Calcule Xc = VCef / Ief preenchendo o Quadro 1.
Nos resultados.
Repita as questões anteriores, preenchendo o Quadro 2.
Nos resultados.
Calcule Xc = 1/2πfC e compare com os valores obtidos no Quadro 1
. Com os valores do Quadro 2, construa o gráfico de em função de f.
No circuito da Figura 6-1, a tensão eficaz é 12 V. Determine o valor da tensão instantânea quando o da corrente for igual a 0,32 mA.
Precisa-se encontrar a amplitude da corrente, que é dada por 
Usando
Tem-se
Substituindo em v(t) = Vsin() tem-se
Dê o significado físico da Impedância (Z) do circuito da Figura 5-1. Calcule e analise a impedância (Z) em função da variação da frequência (f). (Quadro 2)
Constata-se que a impedância se torna menor quanto maior for a frequência de oscilação da fonte.
Conclusão
Através do experimento verificou-se que o valor da reatância diminui com o aumento da frequência de oscilação, ocorrendo variação de corrente e depois de voltagem do capacitor.