Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
VIRTUALAB – ROTEIRO DO LABORATÓRIO DE FÍSICA CAPACITORES Neste experimento você irá explorar as propriedades de um capacitor através da determinação das constantes de tempo e resistência interna do multímetro. Diretrizes Gerais 1. Materiais necessários Fonte de tensão; Voltímetro ou multímetro digital; Capacitor; Resistor; Protoboard; Cronômetro; Chave alavanca; Fios de ligação. 2. Procedimentos1 Passo 1: Monte o circuito na protoboard 2, de acordo com o esquemático que pode ser visualizado na janela “Circuitos”, selecionando os componentes na maleta; Passo 2: Utilizando a protoboard 1, calcule a resistência interna do multímetro a partir da análise dos componentes e de sua fórmula; Passo 3: Utilizando o protoboard 2 e o cronômetro, meça o tempo de carga total do capacitor e preencha a tabela de medidas de V63% para encontrar a constante de tempo do circuito; Passo 4: Descarregando o capacitor, meça o tempo de descarga do capacitor e preencha a tabela de medidas de V37%. Encontre a constante de tempo do circuito; Passo 5: Analisando os componentes da protoboard 2, calcule o valor teórico da constante de tempo do circuito. 1 Caso você já esteja familiarizado com o uso dos labs virtuais, siga as instruções e analise os resultados com base no questionamento do Item 3. Caso você tenha dúvidas, consulte o tutorial da página 3. 3. Avaliando os resultados Quais conclusões podem ser retiradas ao calcular o valor da resistência interna do multímetro relacionada a sua influência no circuito? Qual relação pode ser obtida ao analisar a diferença de tempo que o circuito leva para se carregar totalmente e o tempo de carga de 63%? Comparando a constante de tempo calculada teoricamente com as obtidas experimentalmente, quais as causas para as possíveis discrepância dos valores? TUTORIAL LAB VIRTUAL INTRODUÇÃO Conhecendo o laboratório virtual. O capacitor é um dispositivo elétrico que apresenta característica capacitiva, ou seja, de armazenamento de cargas elétricas. E neste experimento, para poder determinar as propriedades de um capacitor, você deverá encontrar o tempo de carga e descarga dele, além da resistência interna do multímetro utilizado para efetuar as medições de tensão. No início do experimento é vista uma notificação onde é informado que ao pressionar a letra “H” do teclado será possível visualizar os itens que você pode interagir ao longo da realização do experimento, além da indicação de como utilizar corretamente o mouse. Na tela inicial é possível visualizar os dois conjuntos, cada um com um multímetro e protoboard. O número 1 (esquerda) já com seu circuito montado, apresenta uma medida no multímetro. O número 2 (direita) será utilizado para realizar a montagem do circuito no qual serão realizadas as medições com o multímetro. Para acionar o cronômetro, clique com o botão esquerdo do mouse sobre o botão “start” localizado no display do cronômetro ou utilize a tecla “P”. Para pausar a medição, clique com botão esquerdo do mouse sobre o botão “Pause” disposto no display do cronômetro ou clique novamente na tecla “P”. 1 2 Você poderá zerar o cronômetro clicando com o botão esquerdo do mouse no botão “X”. PASSO 1 Montando o circuito Para a realização do experimento, você precisará montar os componentes elétricos no protoboard 2. Inicialmente, você deverá ver o circuito a ser montado. Para isso, acesse a opção de câmera “Circuitos”. Observe o circuito referente ao protoboard 2 (direita). Visto o circuito a ser montado, você deverá selecionar os componentes e inseri-los no protoboard. Para visualizar os componentes a serem utilizados na montagem do circuito, acesse a opção de câmera “Maleta”. Os componentes podem ser identificados na caixa de informação que aparece ao se posicionar a seta do mouse sobre o componente desejado. Na montagem do circuito no protoboard 2 serão usados: Um capacitor e um resistor de 90k Ohm. Para adicionar o componente na protoboard, clique com o botão esquerdo do mouse sobre o componente desejado. Inicialmente, posicione o resistor no protoboard. Insira o resistor na posição indicada. Observe que o resistor é posicionado no protoboard. Acessando novamente a opção de câmera “Maleta”, selecione o capacitor para inseri-lo no protoboard. Posicione-o corretamente no protoboard, como indicado na imagem abaixo. Veja que o capacitor foi posicionado no protoboard. Em seguida, acesse a opção de câmera “Protoboard 2” e observe o circuito montado. PASSO 2 Determinando resistência interna do multímetro Na determinação das propriedades de um capacitor, utiliza-se o multímetro para a realização de algumas medições. Inicialmente, é importante conhecer a resistência interna do multímetro para comprovar que este não irá exercer nenhum tipo de influência sobre o circuito montado. Para se determinar a resistência interna do multímetro será utilizado o circuito 1. Ainda na opção de câmera “Montagem” observe o valor apresentado pelo multímetro. Este é o valor da tensão medida (VMed). Anote esse valor. VMed = ___________ V Acesse a opção de câmera “Protoboard 1” para melhor visualizar os componentes do circuito. Para obter as informações acerca de cada componente, posicione a seta do mouse sobre o componente desejado e leia a caixa de informações. Posicione o mouse sobre a fonte e anote o valor da tensão. Anote o valor da tensão. Vf = ___________ V Em seguida, posicione a seta do mouse sobre o resistor do circuito e observe o valor da resistência apresentado. Anote o valor da resistência. R = ___________ kΩ Para calcular a resistência interna do multímetro, utilize a equação abaixo: 𝑅 = V V − 2𝑉 𝑅 Onde: Vf = Tensão da fonte. VMed = Tensão medida pelo multímetro. R = Valor das resistências iguais utilizadas. RV = Resistência interna do multímetro. Anote o valor da resistência (em megaohm) interna do multímetro encontrada: Rv = ___________ MΩ Acesse novamente a opção de câmera “Bancada” para voltar a tela inicial do experimento. PASSO 3 Carregando o capacitor Neste passo é utilizado o circuito 2. Para carregar o capacitor, clique com o botão esquerdo do mouse sobre a chave alavanca indicada pela seta. Simultaneamente ao acionamento da chave, ative o cronômetro para medir o tempo em que o capacitor leva para ser carregado. Observe que ao ativar a chave alavanca (fechando o circuito), o capacitor começa a ser carregado. O multímetro começa a realizar a medição da tensão. Veja também o tempo do cronômetro. Anote o valor da tensão apresentada pelo multímetro e o tempo que o capacitor leva para carregar totalmente. Tcargatotal = ___________ s Vcargatotal = ___________ V Para encontrar o tempo de carregamento do capacitor é preciso estabelecer o valor de 63% da Vcargatotal. Realize este cálculo e preencha o valor de V63% na tabela abaixo. V63% Medições Medição 1 2 3 4 Média T63% (s) Utilizando os valores de V63% como referência, realize o processo de carregamento do capacitor descrito anteriormente para encontrar quantos segundos o capacitor demora para ser carregado até o valor de V63%. Repita a instrução anterior até preencher a tabela e por fim calcule a média dessas medições, encontrando assim a constante de tempo através do tempo de carregamento do capacitor. PASSO 4 Descarregando o capacitor Neste passo é utilizado o circuito 2. Para descarregar o capacitor, clique com o botão esquerdo do mouse sobre a chave alavanca indicada pela seta. Simultaneamente ao acionamento da chave, ative o cronômetro para medir o tempo que o capacitor leva para ser descarregado. Observe que ao desativar a chave alavanca (abrindoo circuito), o capacitor começa a ser descarregado. O multímetro começa a realizar a medição da tensão. Veja também o tempo do cronômetro. Para encontrar o tempo de descarregamento do capacitor é preciso encontrar o valor de V37% da Vcargatotal. Realize este cálculo e preencha o valor de V37% na tabela abaixo. V37% Medições Medição 1 2 3 4 Média T37% (s) Utilizando os valores de V37% como referência, realize o processo de descarregamento do capacitor descrito anteriormente para encontrar quantos segundos o capacitor demora para ser descarregado até o valor de V37%. Repita a instrução anterior até preencher a tabela e por fim encontre a média dessas medições, encontrando assim a constante de tempo pelo tempo de descarregamento do capacitor. PASSO 5 Encontrando a constante de tempo Agora será calculado o valor da constante de tempo de forma teórica, sendo este valor comparado àquele encontrado experimentalmente. A constante de tempo de um circuito RC é dada por: τ = R ∗ C Onde: τ é a constante de tempo em segundos; R é a resistência em ohms; C é a capacitância em farads. Utilizando os dados do circuito 2 e ignorando a resistência interna do multímetro (devido à sua influência desprezível no cálculo da constante de tempo) encontre: τ Teórico = ___________ s Os valores encontrados nos passos 5 e 6 são os valores encontrados experimentalmente para a constante de tempo, anote esses valores abaixo: τ Experimental1 = ___________ s τ Experimental2 = ___________ s
Compartilhar