3º Relatório - Circuitos com resistores em série e em paralelo

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Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais 
DFQ - Departamento de Física e Química 
Curso de Graduação em Engenharia Mecânica 
 
 
 
 
 
 
 
Física Experimental III - Relatório 3 
 
 
Arthur Ferreira da Silva 
 
Relatório referente à aula de terça-feira, dia 
28/04/2020, sobre carga e descarga de um 
capacitor, na disciplina de Física 
Experimental III, no curso de Engenharia 
Mecânica na Pontifícia Universidade 
Católica de Minas Gerais. 
Professor: Euzimar Marcelo Leite 
 
 
 
 
 
 
Contagem, 2020 
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RESUMO 
 
Em circuitos com apenas resistores não há armazenamento de energia e portanto não há 
uma relação temporal entre as grandezas do circuito. Entretanto, num circuito com 
capacitores, devido a capacidade de armazenamento de energia, relacionada com o 
acúmulo de cargas no capacitor, o fator tempo (associado ao tempo gasto para se carregar 
ou descarregar o capacitor) passa a ser crucial. Portanto a análise de circuitos que possuem 
"memória” como os que envolvem elementos armazenadores de energia, passa pelo 
estudo do comportamento das grandezas do circuito em relação ao tempo. Assim dizemos 
que a corrente e a tensão são funções do tempo (i(t) e v(t)). Circuitos com resistores e 
capacitores são denominados circuitos RC e podemos ter configurações com os 
componentes em paralelo ou em série. 
 
Palavras-chave: Circuitos. Capacitores. Energia. Resistência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SUMÁRIO: 
1. INTRODUÇÃO........................................................................................................ 4 
2. DESENVOLVIMENTO............................................................................................ 4 
2.1. OBJETIVO GERAL.............................................................................................. 4 
2.2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS............................................................... 4 
2.3. RESULTADOS.................................................................................................... 11 
3. CONCLUSÃO........................................................................................................ 11 
4. REFERÊNCIAS..................................................................................................... 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO: 
O Capacitor é um dispositivo de circuito elétrico que tem como função armazenar cargas 
elétricas e consequente energia eletrostática, ou elétrica. Nos circuitos simples ao analisar-
se as grandezas, (força eletromotriz, resistência e corrente) nota-se que elas foram 
consideradas constantes (independentes do tempo). Quando se analisa o comportamento 
dessas grandezas no processo de carga e descarga de um capacitor verifica-se que 
ocorrem variações nos valores da tensão, da corrente e da potência no circuito. Os 
capacitores possuem muitas aplicações que usam sua propriedade de armazenar carga e 
energia por isso é de grande interesse saber como são carregados e descarregados. 
 
2. DESENVOLVIMENTO 
2.1. OBJETIVO GERAL 
Usar a simulação para observar as mudanças que ocorrem nos valores das tensões e 
correntes nos componentes do circuito RC na medida que o tempo passa. Para isso, 
durante a carga e a descarga do capacitor serão observadas: 
 Alterações na corrente; 
 Alterações na tensão através do resistor; 
 Alterações na tensão através do capacitor 
 
2.2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 
Observação: Todos os materiais foram utilizados pela ferramenta PhET sim, fornecida pelo 
professor através da aula virtual. 
 
Materiais utilizados: 
Fonte de corrente contínua 
Amperímetro 
Resistores 
Capacitores 
Cronômetro 
 
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MONTAGEM: 
 Parte 1: 
Inicialmente, foi montado um circuito RC, com as chaves e medidores conforme roteiro; 
 
Figura 1: Circuito utilizado para a parte 1 do experimento 
 
Em seguida, o capacitor foi carregado ao se fechar a chave da esquerda. Feito isso, foi 
registrado em um gráfico o comportamento temporal da tensão no resistor (Figura 2) e no 
capacitor (Figura 3). 
 
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Figura 2: Comportamento temporal da tensão no resistor 
 
 
Figura 3: Comportamento temporal da tensão no capacitor 
 
Em seguida, o capacitor foi descarregado ao abrir-se o interruptor à esquerda e fechando-
se o interruptor à direita. Feito isso, outro gráfico foi registrado demonstrando o 
comportamento temporal da tensão no resistor (Figura 4) e no capacitor (Figura 5). 
 
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Figura 4: Comportamento temporal da tensão no resistor 
 
 
Figura 5: Comportamento temporal da tensão no capacitor 
 
Além disso, fizemos uma demonstração de como o valor da resistência altera a relação 
tensão versus tempo no resistor e no capacitor, sendo a Figura 6 para um alto valor de 
resistência (100Ω) e na Figura 7 para um baixo valor de resistência (1Ω) 
 
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Figura 6: Comportamento temporal da tensão no capacitor e no resistor para um resistor 
de 100Ω. 
 
 
Figura 7: Comportamento temporal da tensão no capacitor e no resistor para um resistor 
de 1Ω. 
 
 Parte 2: 
Primeiramente, atribuímos valores para a fonte, resistor e capacitor. Dessa forma, foi 
utilizado uma fonte CC de 20V, um Capacitor de 0,2F e um Resistor de 100Ω. Logo após, 
o interruptor da esquerda foi fechado com o intuito de carregar o capacitor, e, em seguida, 
foi realizada uma série de tomada de tempos para verificar o valor da corrente, conforme 
tabela 1. 
 
 
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Tabela 1: Comportamento corrente versus tempo durante a carga 
 
Utilizando esses valores, foi feito um gráfico para se obter uma análise visual para facilitar 
a compreensão do comportamento. 
 
Figura 8: Comportamento corrente versus tempo durante a carga 
 
 
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Em seguida, o capacitor foi descarregado ao abrir-se a chave da esquerda e fechando-se 
a chave da direita. Novamente, os valores da corrente em relação ao tempo foram 
anotados, obtendo os seguintes valores: 
 
 
Tabela 2: Comportamento corrente versus tempo durante a descarga 
 
Utilizando esses valores, também foi feito um gráfico para se obter uma análise visual para 
facilitar a compreensão do comportamento. 
 Figura 9: Comportamento corrente versus tempo durante a descarga 
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Logo após, sabendo que 𝑑𝑞 = 𝑖 𝑑𝑡 ∴ ∫ 𝑑𝑞 = ∫ 𝑖 𝑑𝑡 ∴ 𝑞 = 𝑖 ∗ 𝑡 integramos ambos os 
gráficos (Figura 8 e Figura 9) com o intuito de verificar a carga elétrica armazenada no 
capacitor, obtendo o seguinte resultados: 
 Carga elétrica durante a carga do capacitor: 9,1339C 
 Carga elétrica durante a descarga do capacitor: 8,514C 
Feito isso, inserimos mais um resistor no circuito para verificar qual seria o comportamento 
da corrente em relação ao tempo, aonde foi notado que, quanto mais resistores no circuito, 
mais tempo leva-se para zerar a corrente. 
 
2.3. RESULTADOS 
A partir da primeira parte do experimento, verificamos que ao ceder carga para o capacitor 
a corrente decresce exponencialmente com o tempo, ou seja, quanto mais tempo passa, 
mais tempo será necessário para diminuir a corrente, e ainda, quanto mais tempo passa, 
mais carga será acumulada no capacitor, tendo como limite a tensão fornecida pela fonte 
de energia. Já quando a fonte for desconectada do circuito, a corrente aumentará 
novamente devido à energia fornecida pelo capacitor, e, decrescerá exponencialmente, 
assim como a carga no capacitor tenderá a zero. 
Para a segunda parte do experimento, concluímos que o papel principal do capacitor é 
fornecer energia elétrica com uma velocidade maior que a de uma pilha ou uma fonte de 
tensão convencional, sendo amplamente utilizado em sistemas que necessitem de um pico 
energia (como em câmeras fotográficas ao utilizar o flash). 
 
3. CONCLUSÃO 
A partir do experimento podemos concluir que a utilização de capacitores se faz muito 
presente em vários aparelhos eletrônicos do nosso dia-a-dia,e que, portanto, são de grande 
relevância para nossa formação. Diante dessa prática, vários conhecimentos tiveram que 
ser reunidos para conseguir os resultados, o que faz que o estudo teórico esteja mais 
semelhante para temas do cotidiano. 
 
4. REFERÊNCIAS 
[1] Caderno de Atividades de Laboratório de Física Geral 3 - Eletromagnetismo.