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SUMÁRIO RESUMO ................................................................................................................................................................ I 1 INTRODUCAO ............................................................................................................................................ 1 1.1 OBJETIVO................................................................................................................................................ 2 1.1.1 Objetivo específico .......................................................................................................................... 2 2 METODOLOGIA ........................................................................................................................................ 3 2.1 EXPERIÊNCIA 1: LEI DE OHM ............................................................................................................. 3 2.2 EXPERIÊNCIA 2: DIVISOR DE TENSÃO ............................................................................................. 6 2.3 EXPERIÊNCIA 3: DIVISOR DE CORRENTE ...................................................................................... 13 2.4 EXPERIÊNCIA 4: FORMAS DE ONDA ............................................................................................... 19 2.5 EXPERIÊNCIA 5: ANALISE DE CIRCUITO ....................................................................................... 22 3 CONCLUSÕES .......................................................................................................................................... 26 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................... 27 i RESUMO Este documento apresenta os conhecimentos adquiridos na disciplina eletricidade, do curso bacharelado em engenharia elétrica do centro universitário UNINTER. São apresenta- dos experimentos práticos referentes à aplicação da lei de OHM, leis de Kirchhoff (LTK e LCK), divisor de tensão e divisor de corrente, incluindo a utilização do simulador MultiSIM e do kit my lab Thomas Edson fornecido pela UNINTER. Palavras-chave: Prática, Eletricidade, Circuito. Abstract: This document presents the knowledge acquired in the discipline of electricity, from the bachelor's degree in electrical engineering of the university center UNINTER. Prac- tical experiments on the application of the OHM law, Kirchhoff laws (LTK and LCK), volta- ge divider and current splitter are presented, including the use of the MultiSIM simulator and the Thomas Edson my lab kit supplied by UNINTER.. Keywords: Practice, Electricity, Circuit. 1 1 INTRODUCAO Este trabalho apresenta 5 experimentos práticos demonstrando a aplicação da análise de circuitos elétricos envolvendo a lei de OHM, leis de Kirchhoff, divisor de tensão e divisor de corrente, incluindo a utilização do simulador MultiSIM e do kit my lab Thomas Edson fornecido pela UNINTER, de forma a aliar o conhecimento teórico adquirido ao longo da disciplina a sua aplicação prática 2 1.1 OBJETIVO Esta atividade prática tem o objetivo de apresentar os conhecimentos adquiridos na disciplina de eletricidade demonstrando a nos experimentos a aplicação dos circuitos de forma teórica e prática. 1.1.1 Objetivo específico Demonstrar por meio dos experimentos a teoria estudada, confirmando o conteúdo teórico incluindo a metodologia de análise de circuitos, a lei de OHM e as Leis de Kirchhorff. 3 2 METODOLOGIA 2.1 EXPERIÊNCIA 1: LEI DE OHM Dado o circuito abaixo da figura 1, obtenha a corrente I utilizando a lei de Ohm. Figura 1: Montagem do circuito elétrico para observação da lei de Ohm Considere a tensões e resistências indicadas na tabela 1 (item E) e preencha a mesma confor- me solicitado nos itens a seguir: A) Calcule os valores teóricos da corrente para cada um dos casos indicados na tabela. Valores obtidos utilizando a lei de Ohm I = V/R B) Utilizando o MultiSIM, simule o circuito modificando os parâmetros de tensão e resistên- cia: Simulação do circuito com tensão de 4V e resistor de 560Ω. Simulação do circuito com tensão de 8V e resistor de 560Ω. 4 Simulação do circuito com tensão de 4V e resistor de 470kΩ. Simulação do circuito com tensão de 8V e resistor de 470kΩ. C) Realize os procedimentos experimentais. Experimento prático circuito com tensão ajustada em 4V e resistor de 560Ω. Experimento prático circuito com tensão ajustada em 8V e resistor de 560Ω. 5 Experimento prático circuito com tensão ajustada em 4V e resistor de 470kΩ. Experimento prático circuito com tensão ajustada em 8V e resistor de 470kΩ. D) Calcule o erro experimental: E) Complete a tabela 1 conforme valores obtidos nos experimentos V1 (V) R1 I (A) % Erro A Teórica Calculada B Simulada no MultiSIM C Experimental utilizando o kit D Erro experimental %Erro 4 560 Ω 7,1428 mA 7,1429 mA 7,25 mA -1,5 8 560 Ω 14,286 mA 14,286 mA 14,42 mA -0,93 4 470 kΩ 8,510 µA 8,510 µA 7 µA 17,74 8 470 kΩ 17,021 µA 17,021 µA 15 µA 11,87 Tabela 1: Demonstração dos valores obtidos no experimento 1. F) Justifique a diferença entre os valores experimentais e teóricos. A diferença entre os valores obtidos ocorre devido aos fatores que influenciam na medição real no circuito avaliado. No circuito simulado ou teórico temos valores exatos e perfeitos, já na prática experimental o circuito sofre influencia no ajuste da fonte que não possui uma grande precisão, podem ocorrer diferenças devido às conexões e posicionamento dos instru- 6 mentos de medição, temperatura ambiente, umidade e ainda a margem de erro admissível es- tipulada pelo fabricante do resistor. 2.2 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. Figura 2: Montagem do circuito para o experimento de divisor de tensão A) Calcule o valor teórico de cada uma das tensões e correntes solicitadas. Valor teórico das tensões obtidas pela equação VR = V* (R / Req) Req = R1+ R2 + R3 Valor teórico das corrente obtidos pela equação I = V/R Valores Teóricos V1 (V) VR1 (V) VR2 (V) VR3 (V) I (A) 2 0,20 0,44 1,36 0,2mA 4 0,40 0,88 2,72 0,4mA 8 0,80 1,76 5,44 0,8mA 11 1,10 2,42 7,48 1,1mA Tabela 2: Demonstração dos valores obtidos no experimento 2. B) Utilizando o MultiSIM, simule o circuito modificando os parâmetros de tensão e preencha a tabela. Figura 3: Montagem do circuito para simulação do divisor de tensão no MultiSIM. 7 Simulação do circuito com tensão de 2V e resistor de R1 = 1kΩ, R2 = 2,2kΩ e R3 = 6,8kΩ. Simulação do circuito com tensão de 4V e resistor de R1 = 1kΩ, R2 = 2,2kΩ e R3 = 6,8kΩ. Simulação do circuito com tensão de 8V e resistor de R1 = 1kΩ, R2 = 2,2kΩ e R3 = 6,8kΩ. Simulação do circuito com tensão de 2V e resistor de R1 = 1kΩ, R2 = 2,2kΩ e R3 = 6,8kΩ. 8 Valores Simulados V1 (V) VR1 (V) VR2 (V) VR3 (V) I (A) 2 2,0 1,8 1,36 0,2mA 4 4,0 3,6 2,72 0,4mA 8 8,0 7,2 5,44 0,8mA 11 11,0 9,9 7,48 1,1mA Tabela 3: Demonstração dos valores simulados. C) Realize os procedimentos experimentais conforme circuito definido na figura 3: Ajuste da tensão em 2V. Aplicação da tensão de 2V e medição da perda de tensão no R1 de 1kΩ Aplicação da tensão de 2V e medição da perda de tensão no R2 de2,2kΩ Aplicação da tensão de 2V e medição da perda de tensão no R3 de 6,8kΩ 9 Aplicação da tensão de 2V e medição da corrente. Ajuste da tensão em 4V. Aplicação da tensão de 4V e medição da perda de tensão no R1 de 1kΩ Aplicação da tensão de 4V e medição da perda de tensão no R2 de 2,2kΩ 10 Aplicação da tensão de 4V e medição da perda de tensão no R3 de 6,8kΩ Aplicação da tensão de 4V e medição da corrente. Ajuste da tensão em 8V. Aplicação da tensão de 8V e medição da perda de tensão no R1 de 1kΩ Aplicação da tensão de 8V e medição da perda de tensão no R2 de 2,2kΩ Aplicação da tensão de 8V e medição da perda de tensão no R3 de 6,8kΩ 11 Aplicação da tensão de 8V e medição da corrente. Ajuste da tensão em 11V. Aplicação da tensão de 11V e medição da perda de tensão no R1 de 1kΩ Aplicação da tensão de 11V e medição da perda de tensão no R2 de 2,2kΩ Aplicação da tensão de 11V e medição da perda de tensão no R3 de 6,8kΩ 12 Aplicação da tensão de 11V e medição da corrente. Valores Experimentais V1 (V) VR1 (V) VR2 (V) VR3 (V) I (A) 2 0,18 0,43 1,33 0,2mA 4 0,39 0,88 2,68 0,39mA 8 0,8 1,78 5,40 0,8mA 11 1,10 2,43 7,42 1,1mA Tabela 4: Demonstração dos valores obtidos no experimento prático. D) Calcule o erro experimental: % Erro V1 (V) % EVR1 % EVR2 % EVR3 % Ecorrente 2 10 2,27 2,20 0 4 2,5 0 1,47 2,5 8 0 -1,13 0,73 0 11 0 -0,41 0,80 0 Tabela 5: Relação erro simulação e prática. E) Justifique a diferença entre os valores experimentais e teóricos. A diferença entre os valores obtidos ocorre devido aos fatores que influenciam na medição real no circuito avaliado. No circuito simulado ou teórico temos valores exatos e perfeitos, já na prática experimental o circuito sofre influencia no ajuste da fonte que não possui uma grande precisão, podem ocorrer diferenças devido às conexões e posicionamento dos instru- mentos de medição, temperatura ambiente, umidade e ainda a margem de erro admissível es- tipulada pelo fabricante do resistor. 13 2.3 EXPERIÊNCIA 3: DIVISOR DE CORRENTE Dado o circuito a seguir, obtenha as correntes em cada um dos ramos. Figura 4: Montagem do circuito para o experimento de divisor de corrente A) Calcule a tensão teórica de cada uma das tensões e correntes solicitadas. Valor teórico das tensões obtidas pela equação V = I * R Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 Valor teórico das correntes obtidos pela equação I = V/R Valores Teóricos V1 (V) IR1 (A) IR2 (A) IR3 (A) 2 2.00 mA 0.909 mA 0.294 mA 4 4.00 mA 1.818 mA 0.588 mA 8 8.00 mA 3.636 mA 1.176 mA 11 11.00 mA 5.00 mA 1.618 mA Tabela 6: Demonstração dos valores teóricos obtidos. B) Utilizando o MultiSIM, simule o circuito modificando os parâmetros de tensão e preencha a tabela. Figura 5: Conexão do multímetro no circuito para obter os valores de corrente Simulação do circuito com tensão de 2V e resistor de R1 = 1kΩ, R2 = 2,2kΩ e R3 = 6,8kΩ. 14 Simulação do circuito com tensão de 4V e resistor de R1 = 1kΩ, R2 = 2,2kΩ e R3 = 6,8kΩ. Simulação do circuito com tensão de 8V e resistor de R1 = 1kΩ, R2 = 2,2kΩ e R3 = 6,8kΩ. Simulação do circuito com tensão de 11V e resistor de R1 = 1kΩ, R2 = 2,2kΩ e R3 = 6,8kΩ. Valores Simulados MutiSIM V1 (V) IR1 (A) IR2 (A) IR3 (A) 2 2.00 mA 0.909 mA 0.294 mA 4 4.00 mA 1.818 mA 0.588 mA 8 8.00 mA 3.636 mA 1.176 mA 11 11.00 mA 5.00 mA 1.617 mA Tabela 7: Demonstração dos valores simulados. C) Realize os procedimentos experimentais conforme circuito definido na figura 5: 15 Ajuste da tensão em 2V. Aplicação da tensão de 2V e medição da corrente no R1 de 1kΩ Aplicação da tensão de 2V e medição da corrente no R2 de 2,2kΩ Aplicação da tensão de 2V e medição da corrente no R3 de 6,8kΩ Ajuste da tensão em 4V. Aplicação da tensão de 4V e medição da corrente no R1 de 1kΩ 16 Aplicação da tensão de 4V e medição da corrente no R2 de 2,2kΩ Aplicação da tensão de 4V e medição da corrente no R3 de 6,8kΩ Ajuste da tensão em 8V. Aplicação da tensão de 8V e medição da corrente no R1 de 1kΩ Aplicação da tensão de 8V e medição da corrente no R2 de 2,2kΩ 17 Aplicação da tensão de 8V e medição da corrente no R3 de 6,8kΩ Ajuste da tensão em 11V. Aplicação da tensão de 11V e medição da corrente no R1 de 1kΩ Aplicação da tensão de 11V e medição da corrente no R2 de 2,2kΩ Aplicação da tensão de 11V e medição da corrente no R3 de 6,8kΩ 18 Valores Experimentais V1 (V) IR1 (A) IR2 (A) IR3 (A) 2 1,86 mA 0.881 mA 0.298 mA 4 4.08 mA 1.82 mA 0.59 mA 8 8.18 mA 3.67 mA 1.20 mA 11 11.26 mA 5.05 mA 1.65 mA Tabela 8: Demonstração dos valores experimentais obtidos. Valores Teóricos V1 (V) IR1 (A) IR2 (A) IR3 (A) 2 2.00 mA 0.909 mA 0.294 mA 4 4.00 mA 1.818 mA 0.588 mA 8 8.00 mA 3.636 mA 1.176 mA 11 11.00 mA 5.00 mA 1.618 mA Tabela 9: Demonstração dos valores teóricos obtidos. D) Calcule o erro experimental: % Erro V1 (V) % EIR1 % EIR2 % EIR3 2 7 3,080 -1,36 4 -2 -0,110 -0,340 8 -2,25 -0,93 -2,04 11 -2,36 -1 -1,97 Tabela 10: Demonstração erro experimental obtido. E) Justifique a diferença entre os valores experimentais e teóricos. A diferença entre os valores obtidos ocorre devido aos fatores que influenciam na medição real no circuito avaliado. No circuito simulado ou teórico temos valores exatos e perfeitos, já na prática experimental o circuito sofre influencia no ajuste da fonte que não possui uma grande precisão, podem ocorrer diferenças devido às conexões e posicionamento dos instru- mentos de medição, temperatura ambiente, umidade e ainda a margem de erro admissível es- tipulada pelo fabricante do resistor. 19 2.4 EXPERIÊNCIA 4: FORMAS DE ONDA Utilizando o simulador MultiSIM, 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 Figura 6: Circuito para verificar a forma de onda da tensão e corrente em um resistor Ajustar a forma de onda single no simulador conforme a imagem abaixo: Resultado da simulação no MultiSIM: 20 Conforme valores ajustados podemos observar o comportamento da tensão ilustrado pela li- nha verde traçando o movimento senoidal atingindo os picos de tensão máximos e mínimos estabelecidos. Em azul podemos verificar o traçado senoidal dos picos máximos e mínimos de corrente conforme estabelecido. Observamos ainda que o movimento da tensão e corrente seguem de forma similar. B) Capacitor Figura 7: Circuito para verificar a forma de onda da tensão e corrente em um capacitor. Ajustar a forma de onda single no simulador conforme a imagem abaixo: Resultado da simulação no MultiSIM: 21 Conforme valores ajustados podemos observar o comportamento da tensão ilustrado pela li- nha verde traçando o movimento senoidal atingindo os picos de tensão máximos e mínimos estabelecidos. Em azul podemos verificar o traçado senoidal dos picos máximos e mínimos de corrente conforme estabelecido. No capacitor percebemos um atraso da corrente em relação à tensão. C) Indutor Figura 8: Circuito para verificar a formade onda da tensão e corrente em um indutor. Ajustar a forma de onda single no simulador conforme a imagem abaixo: Resultado da simulação no MultiSIM: 22 Conforme valores ajustados podemos observar o comportamento da tensão ilustrado pela li- nha verde traçando o movimento senoidal atingindo os picos de tensão máximos e mínimos estabelecidos. Em azul podemos verificar o traçado senoidal dos picos máximos e mínimos de corrente conforme estabelecido. No indutor observamos que o atraso é o posto ocorrido no capacitor ocorrendo o atraso da tensão em relação a corrente. 2.5 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 para conferir os resultados obtidos. Figura 9: Circuito elétrico Apresente todos os cálculos e a tela de simulação com os resultados obtidos. 23 Confirmando o resultado utilizando a simulação no MultiSIM: B) Calcular as tensões dos nós PR1, PR2 e PR3 manualmente. Após o cálculo, simular o cir- cuito para conferir os resultados obtidos. 24 Figura 10: Circuito elétrico Calculando as tensões dos nós PR1, PR2 e PR3. Confirmando o resultado utilizando a simulação no MultiSIM: 25 26 3 CONCLUSÕES Durante a realização dos experimentos foi possível constatar a teoria aplicada na pratica incluindo a avaliação do erro entre os valores teóricos e práticos. Os resultados obtidos de- monstram de forma clara a aplicação dos componentes nos circuitos eletrônicos e a influência dos mesmos dentro do circuito, conforme a Lei de Ohm , Leis de Kirchhoff conforme estu- dado nesta disciplina. 27 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SOUZA, Felipe Neves. Atividade Prática de Eletricidade. 2019. SOUZA, Felipe Neves. Roteiro de Estudo AVAUNIVIRTUS. 2019.
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