Roteiro_Laboratorio_03

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Laboratório de EME – Experimento nº 01 
 
Circuito C (capacitivo) – Regime senoidal 
 
Objetivos: 
1. Verificar a variação da reatância capacitiva com a freqüência do sinal senoidal 
2. Verificar a defasagem entre a corrente e a tensão senoidais, i(t) e v(t), em um 
capacitor, em função da freqüência 
3. Estudar associações de capacitores em série e em paralelo 
 
Material necessário: 
1. Gerador de Funções, Minipa, modelo MFG-4220 
2. Osciloscópio, Agilent, modelo DSO-3062-A 
3. Console DeLorenzo 
4. Placa DeLorenzo DL-3155-M07 
 
Pré-requisitos: 
1. Compromisso com as “Regras de Segurança em Laboratório” 
2. Execução do Experimento nº 02 – IME (Instrumentos e Medidas Elétricas) 
3. Conhecimento dos fundamentos de tensões e correntes alternadas senoidais em 
resistores e capacitores 
 
Procedimento Experimental: 
 
1. Compromisso: Declaro que li e entendi as “Regras de Segurança em Laboratório” e 
comprometo-me a zelar pela minha segurança pessoal, a de meus colegas e a das 
instalações e equipamentos. Ass.: __________________________________________ 
 
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2. Medição de tensão e corrente em um capacitor (usando um osciloscópio): 
2.1. Você já conhece o circuito da Seção 1 da Placa DeLorenzo DL-3155-M07, 
mostrado abaixo, estudado no Experimento IME-02. 
 
 
2.2. Considere o circuito abaixo, correspondente à Seção 3 da Placa. Uma tensão 
senoidal v(t) = Vmax sen(ωt) será aplicada entre os terminais 2 e terra. Este sinal 
senoidal será obtido da saída do circuito da Seção 1 desta mesma placa, 
mostrado no item 2.1 acima. 
 
 
Similarmente ao que você viu no Experimento IME-01, se a resistência R1 for muito 
menor que a reatância XC do capacitor C, a tensão nos terminais do resistor será 
muito menor que a tensão nos terminais do capacitor, de maneira que a tensão no 
capacitor será praticamente igual à tensão v(t) aplicada. 
A condição acima é comumente utilizada na prática quando se deseja medir a 
corrente i(t) que circula pelo capacitor C. Como o capacitor e o resistor R1 estão em 
Não ligue 
ainda 
instrumento 
algum. 
 
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série, a corrente é a mesma por ambos os componentes. Mede-se a tensão vR1(t) nos 
terminais de R1, que dividida por R1 é a própria corrente i(t). (Lembre-se de que um 
amperímetro ideal tem resistência nula. Na prática, sua resistência deve ser bem 
menor que as demais impedâncias do ramo do circuito em estudo.) 
 
2.3. Usaremos o osciloscópio para medir a tensão e a corrente no capacitor C, de 
acordo com os princípios acima. Observe o esquema do circuito abaixo, 
composto das Seções 1 e 3 da Placa. O sinal de saída da Seção 1 é aplicado à 
entrada (terminal 2) do circuito da Seção 3. O canal 1 (CH1) do osciloscópio 
mede a tensão aplicada v(t) – que é praticamente igual a vC(t) – e o canal 2 
(CH2) mede a tensão vR1(t) em R1. CUIDADO: os terminais de terra (jacaré) 
dos canais 1 e 2 devem ser conectados sempre no mesmo ponto. 
 
 
 
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2.3.1. Os valores dos componentes nesta Seção 3 da Placa são: 
2.3.1.1. R1 = 10Ω 
2.3.1.2. C1 = 1 µF = 10-6F 
2.3.1.3. C2 = 0,1 µF = 10-7F 
2.4. Ligue o Console na tomada (verifique: 110V ou 220V?), instale a Placa e ligue 
o interruptor. Faça as conexões entre os circuitos das Seções 1 e 3 conforme o 
esquema acima. 
2.5. Ligue o gerador de funções: cabo de força 
na tomada (confira a tensão correta: 110V 
ou 220V?), interruptor liga-desliga. Gire o 
botão de controle de Amplitude para a 
posição de mínimo sinal (MIN). Selecione 
a forma de onda senoidal e a faixa de 
freqüência de 1 kHz. 
 
 
2.5.1. Ajuste a freqüência do gerador de 
funções em 500 Hz (utilize o ajuste 
fino). 
 
 
 
2.5.2. Com o cabo coaxial, conecte o sinal de saída do gerador de funções à 
entrada do circuito acima. 
2.6. Ligue o Osciloscópio: cabo de força na tomada (110V ou 220V?), interrupor 
POWER. 
2.6.1. Conecte uma ponta de prova no terminal de entrada do canal 1 (CH1). 
2.6.2. Conecte os terminais de medida da ponta de prova no terminal de saída 
do circuito da Seção 1 da Placa: garra-jacaré ao terra e ponta-gancho ao 
terminal OUT. 
 
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2.6.3. Ajuste a escala vertical do canal 1 em 1 V/div, e a escala horizontal em 
1 ms/div. 
2.7. Aumente a amplitude do sinal no gerador de funções até 6 Vp-p (amplitude pico-
a-pico). 
2.8. Conecte a ponta de prova do canal 2 nos terminais do resistor R1, conforme a 
figura acima (terminais 6 e terra). 
2.8.1. Aperte o botão Auto Scale para selecionar escalas adequadas para medição 
de vC(t) e vR1(t) nos canais CH1 e CH2 respectivamente. Desloque 
verticalmente ambas as formas de onda de maneira a colocá-las no centro 
da tela, e aumente as sensibilidades de ambas as escalas, para que ambas as 
formas de onda ocupem pelo menos 3-4 divisões pico-a-pico. Esboce as 
formas de onda na figura abaixo, anotando os valores das escalas. Use uma 
linha cheia para vC(t) e uma linha tracejada vR1(t). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Escala 
Vertical 
CH1 = 
 
Escala 
Vertical 
CH2 = 
 
Escala 
horizontal = 
 
 
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2.9. Observe a defasagem entre a tensão no capacitor (CH1) e a corrente (CH2). 
Amplie a escala horizontal de maneira a ter aproximadamente 2 períodos do 
sinal senoidal na tela. Meça o tempo entre o instante em que a tensão cruza o 
eixo horizontal e o ponto correspondente na forma de onda da corrente. 
A corrente está 
( ) atrasada 
( ) adiantada 
em relação à tensão. 
A defasagem corresponde a 
 ms. 
 graus. 
 
3. Estudo da reatância capacitiva em função da freqüência: 
3.1. Anote as medidas de tensão de pico no capacitor, tensão de pico do resistor, 
corrente de pico, e defasagem φ da corrente em relação à tensão na tabela 
abaixo, para os 4 valores de freqüência indicados. Calcule os valores da 
reatância capacitiva em cada caso, tanto pelo quociente entre tensão e corrente, 
como pela sua expressão de definição (XC = 1/ωC). Indique as unidades de 
medida. 
f VC,p-p VR1,p-p IC,p-p φ XC = VC/IC 
XC = 
1/ωC 
(Hz) ( ) ( ) ( ) (graus) ( ) ( ) 
500 
1000 
4000 
10000 
 
3.2. Comente os resultados obtidos: ______________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
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4. Associação de capacitores em série: 
4.1. Conecte os capacitores C1 e C2 em série, conforme esquema abaixo. 
 
 
4.2. Ajuste a freqüência do gerador de funções em 1 kHz. 
4.3. Aperte o botão Auto Scale. Se desejar, ajuste valores mais adequados de 
escalas. 
4.4. Faça as medições de tensão e corrente pelo capacitor equivalente, como 
anteriormente no item 3.1. Calcule o valor da capacitância equivalente, e 
compare-o com o valor esperado a partir da relação 1/Ceq = 1/C1 + 1/C2. 
 
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VC,p-p VR1,p-p IC,p-p φ 
XC = 
VC/IC 
Ceq = 
1/ωXC 
Ceq 
esperada 
( ) ( ) ( ) (graus) ( ) ( ) (µF) 
 
 
 
4.5. Comente os resultados encontrados: __________________________________ 
 ________________________________________________________________ 
 ________________________________________________________________ 
 ________________________________________________________________ 
 
5. Associação de capacitores em paralelo: 
5.1. Conecte os capacitores C1 e C2 em paralelo, conforme esquema abaixo. 
 
 
5.2. Ajuste a freqüência do gerador de funções em 1 kHz. 
 
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5.3. Aperte o botão Auto Scale. Se desejar, ajuste valores mais adequados de 
escalas. 
5.4. Faça as medições de tensão e corrente pelo capacitor equivalente, como 
anteriormente no item 3.1. Calcule o valor da capacitância equivalente, e 
compare-o com o valor esperado a partir da relação Ceq = C1 + C2. 
VC,p-p VR1,p-p IC,p-p φ 
XC = 
VC/IC 
Ceq = 
1/ωXC 
Ceq 
esperada 
( ) ( ) ( ) (graus) ( ) ( ) (µF) 
 
 
 
5.5. Comente os resultados encontrados: __________________________________ 
 ________________________________________________________________ 
 ________________________________________________________________ 
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6. Desconecte todos os cabos e pontas de provas, guarde-os, e desligue os 
equipamentos.