Experiencia11cargaedescargacapacitor (1)

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Laboratório de Circuitos Elétricos I	 Profª. Dra. Valquíria Gusmão Macedo
Experiência 11: Capacitor em Regime DC (Corrente Contínua)
1 – Objetivos: 
Familiarizar-se com os capacitores usados em circuitos elétricos e eletrônicos e verificar, experimentalmente, as situações de carga e descarga de capacitores;
2 – Equipamentos e Componentes.
Fonte de alimentação
Resistor de 22 k(
Capacitor eletrolítico de 1000 (F / 25 V
Multímetro
Cronômetro
Chave
3 – Introdução Teórica: 	
3.1 – Operação em Corrente Contínua (DC)
Ao aplicarmos a um capacitor uma tensão contínua através de um resistor, o capacitor se carrega com uma tensão, cujo valor depende do intervalo de tempo em que se desenvolverá o processo. Na figura 1 tem-se um circuito para caga do capacitor.
Figura 1 : Circuito de Carga de um Capacitor
Estando o capacitor inicialmente descarregado (Vc = 0), em t = 0, fechamos a chave S do circuito. A corrente, neste instante, é a máxima do circuito, ou seja, Imax = E / R. A partir daí, o capacitor inicia um processo de carga, com aumento gradativo da tensão entre seus terminais ( Vc ) e, conseqüentemente, teremos uma diminuição da corrente, obedecendo a uma função exponencial, até atingir o valor zero, quando este estiver totalmente carregado. Na Fig. 2 tem-se a variação da corrente em função do tempo.
Figura 2 : Curva Característica da Corrente de Carga de um Capacitor
A partir desta característica, podemos equacionar a corrente em função do tempo e dos componentes do circuito:
i ( t ) = Imax e - t / ( ou i ( t ) = E / R e - t / (
Onde i (t) = Valor da Corrente num Determinado Instante
I max = Valor Inicial da corrente no Circuito
e = Base do Logaritmo Neperiano
( = Constante de Tempo do Circuito ( ( = RC ).
A partir do circuito da Fig. 1, podemos escrever:
E = VR + Vc
Substituindo a expressão da corrente, temos:
E = R . i ( t ) + Vc onde Vc = E - R . E / R . e - t / ( = E ( 1 - e -t / ( ) 
que é denominada a equação de carga do capacitor. A curva característica do capacitor, ou seja, a tensão entre seus terminais em função do tempo, é dada pela Fig. 3.
Figura 3 : Curva Característica da Tensão de Carga de um Capacitor
Para t = (, Vc = 0,632 E, ou seja, Vc = 63,2% de E para um tempo t = ( (constante de tempo).
Estando o capacitor carregado, podemos montar um circuito para a sua descarga 
( Fig.4)
Figura 4 : Circuito de Descarga de um Capacitor
No instante t = 0, fechamos a chave S do circuito e o capacitor inicia sua descarga através do resistor R. Neste instante a corrente no circuito será máxima e a partir daí diminui, obedecendo uma função exponencial, até atingir o valor zero. A seguir (Fig.5) são mostradas as curvas de descarga de tensão e corrente de um capacitor em regime DC.
Figura 5 : a) Característica da Corrente de descarga de um Capacitor. b) Característica da Tensão de descarga de um Capacitor
3.2 – Operação em Corrente Alternada (C. A).
 Quando um capacitor é percorrido por uma corrente elétrica alternada, oferece uma oposição à passagem da mesma (imposta pelo campo elétrico), denominada reatância capacitiva. Essa reatância capacitiva é inversamente proporcional à freqüência da corrente e ao valor da capacitância do capacitor, ou seja:
Xc = 1 / w C ou Xc = 1 / 2 ( f C ( ( )
A curva da reatância capacitiva, em função da freqüência, é mostrada na Fig. 6. 
Figura 6 : Característica da Reatância Capacitiva
Da curva da figura 6 concluímos, que à medida que a freqüência aumenta, a reatância capacitiva decresce até atingir um valor praticamente nulo.
Aplicando-se uma tensão alternada aos terminais de um capacitor, como mostra a Fig. 7, surgirá uma corrente alternada, pois o capacitor irá carregar-se e descarregar-se continuamente, em função da característica dessa tensão.
igura 7 : Circuito de Corrente Alternada (AC) com Capacitor
Lembrando que quando o capacitor está descarregado (Vc = 0), a corrente é máxima e quando carregado ( Vc = Vmax ), a corrente é nula, podemos, em função, disso representar graficamente essa situação, conforme mostra a Fig. 8.
Figura 8 : Característica da Tensão e da Corrente AC de um Capacitor
4 – Prática.
1 – Monte o circuito conforme a figura, com o capacitor descarregado.
2 – Acione a chave S e o cronômetro simultaneamente. Determine e anote o instante em que cada tensão for atingida, conforme o quadro abaixo.
	V
	0
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10
	11
	12
	t (s)
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
3 – Com o capacitor carregado, monte o seguinte circuito.
4 – Acione a chave S e o cronômetro, simultaneamente. Anote o instante em que cada tensão for atingida conforme a tabela abaixo.
	V
	12
	11
	10
	9
	8
	7
	6
	5
	4
	3
	2
	1
	0
	t (s)
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
5 – Com os dados obtidos construa as curvas de carga e descarga no mesmo gráfico.
5 – Questões.
1 – Calcule, para os dois circuitos da experiência (carga e descarga), a tensão no capacitor, decorridos 10 s para a situação de carga e 15 s para situação de descarga. Compare estes valores com os obtidos graficamente para estes mesmo instantes, calculando os erros percentuais.
2 – Calcule o intervalo de tempo necessário para que o capacitor do circuito abaixo se carregue, com uma tensão igual a 8V, depois de acionada a chave S.
3 – Calcule o valor da corrente I, indicada no circuito abaixo, após decorridos 40 s do acionamento da chave S.
10V
V
22k(
1mF
+
S
+
S
a)
12V
b)
+

22k(
470F
+
S
6V
10k(
+


VR
R
+
VC
C
S
+



+
VC
VR
E
R
C
S
+
~
v(t)
i(t)
(XC)
C
I
1,5k(
1k(
330F
+
1k(
S

V
1mF
+
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Experiência 10:Capacitor em Regime DC Elaboração: Pedro Paulo dos Reis Junior