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EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro de prática Título: Prática Teorema de Thévenin e Máxima Transferência de Potência Nº 02 Disciplina: Circuitos Elétricos I Aluno 1 Hellen Thais Santos - 031181042 Aluno 2 Matheus Miranda - 032172019 Aluno 3 Moisés Lira - 031192010 Instruções e observações: LEIA COM ATENÇÃO AS SEGUINTES INSTRUÇÕES E OBSERVAÇÕES 1. Será utilizado o laboratório de Circuitos Elétricos e Eletrônica (LCEE), situado no Prédio de Aulas 06 – PA6, da Universidade Salvador – UNIFACS, Campus Rio Vermelho (RV). 2. É importante o conhecimento e respeito as instruções de utilização dos laboratórios. Leia as instruções de utilização e regulamento do laboratório, disponível online no sistema de agendamento através do url: www.gm.unifacs.br/lab Equipamentos, materiais, reagentes ou produto Descrição Quantidade Protoboard. 1 Multímetro digital 1 Fonte CC estabilizada 0-25V / 5A, tensão ajustável. 1 Resistores diversos. 5,6 kΩ, 3 x 10 kΩ, 3 x 12 kΩ, 15 kΩ Potenciômetro de 10 kΩ. 1 Fios de ligação. Vários Obs.: Conjunto por bancada. Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Bahia http://www.gm.unifacs.br/lab EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro da prática 02 – Circuitos Elétricos I 1. Introdução Na prática, muitas vezes precisamos ter a visão simplificada de uma rede a partir de dois terminais, independentemente dos elementos internos da rede. Isto evita que cada vez que o elemento variável conectado a estes terminais (carga) for alterado haja necessidade de o circuito ser analisado por completo novamente. Para evitar este problema, o teorema de Thévenin fornece uma técnica pela qual a parte fixa do circuito é substituída por um circuito equivalente. Além disso, o teorema de Thévenin permite concluir rapidamente qual o melhor valor de carga para se extrair a máxima potência do circuito fixo (ALEXANDER, 2008). 2. Objetivo Verificar experimentalmente a validade do teorema de Thévenin. Traçar e analisar o gráfico teórico e prático da variação de potência em uma carga resistiva variável. 3. Procedimento experimental 3.1. Teorema de Thévenin a) Enuncie o Teorema de Thévenin e determine o equivalente de Thévenin entre os pontos A e B do circuito abaixo, onde RL (potenciômetro de 10KΩ) é uma carga variável. Apresente o circuito equivalente de Thévenin. VTh = 6,32 V RTh = 7,96 kΩ Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Bahia EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro da prática 02 – Circuitos Elétricos I Roteiro da prática 02 – Circuitos Elétricos I Figura 1: Circuito a ser utilizado para o Teorema de Thévenin. b) Após montar o circuito da Figura 1, retire a carga RL e meça a tensão entre os pontos A e B. Compare com o valor calculado no item a. VAB = 6,33 V c) Ainda sem a carga RL conectada, retire a fonte de 15 V fechando um curto circuito nos terminais do circuito que a ela estavam ligados e meça a resistência entre os pontos A e B. Compare com o valor calculado no item a. RAB = 7,97 kΩ Conecte a carga entre os pontos A e B e religue a fonte de 15 V. Monitorando com um voltímetro a tensão entre A e B, varie o potenciômetro (RL) de 10 kΩ, até obter uma tensão VAB = VTh /2. Desconecte o potenciômetro do circuito e meça o valor da resistência entre os seus terminais, mantendo o curto-circuito entre o terminal central e o terminal que estava conectado ao ponto B. RL (potenciômetro) = 7,96 kΩ Como não foi possível realizar o ajuste do potenciômetro no simulador Tinkercad, para obter uma tensão correspondente VAB = VTH /2 = 3,16 V e definir o valor da resistência no mesmo, realizamos os devidos ajustes utilizando um resistor de 7.96 Ω para alcançar o valor desejado como mostra a figura acima, pois no simulador só conseguimos ajustar o potenciômetro até 3,17V e não 3,16V. Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Bahia EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro da prática 02 – Circuitos Elétricos I 3.2. Teorema da Máxima Transferência de Potência a) Enuncie o teorema da máxima transferência de potência e determine no circuito da Figura 2 qual o valor teórico de RL para que a fonte transfira a máxima potência para a carga. Qual o valor da potência máxima transferida? 5,6 kΩ Figura 2: Circuito a ser utilizado para a Máxima Transferência de potência. RL = 5,6 kΩ Pmáx = 10,044 mW EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro da prática 02 – Circuitos Elétricos I b) Monte o circuito da Figura 2. Variando o potenciômetro (RL) de 10kΩ entre seus dois extremos, meça tensão entre os pontos A e B (VAB) para 5 valores de RL, incluindo o ponto de máxima transferência de potência. A partir dos valores medidos, calcule as correntes IL e as potências PRL, preenchendo a tabela 1. RL [kΩ] VAB [V] IL [mA] PRL [mW] (calculada) 1,2 2,65 2,21 5,86 4 6,25 1,56 9,37 5,6 7,5 1,34 10,05 8,2 8,91 1,09 9,74 10 9,62 0,961 9,23 Tabela 1: Potências dos circuitos para cada resistência. Medição 1: RL = 1,2 kΩ Medição 2: RL = 4 kΩ EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro da prática 02 – Circuitos Elétricos I Medição 3: RL = 5,6 kΩ Medição 4: RL = 8,2 kΩ Medição 5: RL = 10kΩ EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro da prática 02 – Circuitos Elétricos I c) Utilizando os valores da Tabela 1, trace o gráfico PRL versus RL. Determine a partir deste gráfico o valor de Pmáx, ou seja, da potência máxima transferida pela fonte para a carga RL. Compare este valor com o calculado no item a. Comente o que foi observado e apresente suas conclusões com base no teorema da máxima transferência de potência. RL = 5,6 kΩ Pmáx = 10,05 mW Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Bahia EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro da prática 02 – Circuitos Elétricos I Gráfico PRL versus RL (item 3.2 c): Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Bahia EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro da prática 02 – Circuitos Elétricos I 4. Referências ALEXANDER, C. K.; SADIKU, M. N. O. Fundamentos de circuitoselétricos. 3. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 2008. 901 p. DORF, R. C.; SVOBODA, J. A. Introdução aos circuitos elétricos. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011. 749 p. IRWIN, J. D. Análise de Circuitos em Engenharia. 1. ed. São Paulo: Makron Books, 2000. 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