Circuito RLC Série Soma de Tensões

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Laboratório de Física III – Regime Letivo Remoto
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Circuito RLC Série Soma de Tensões
	
Objetivo
Estudar o comportamento de um circuito RLC série, em um circuito de corrente alternada, e verificar a relação entre as quedas de tensão no resistor, no indutor e no capacitor.
Material Utilizado
Uma fonte de tensão alternada ajustada para 10V, um resistor de 10 Ohms, um indutor de 10 Henry, 1 capacitor de 0,05 Farad, 1 chave, um miliamperímetro e fios de ligação.
Parte I – Medição da corrente e da tensão
1. Varie a frequência da fonte e verifique o que ocorre.
Ao variar a freqüência da fonte foi possível verificar que a corrente do sistema atingia novos picos para cada freqüência selecionada.
 
TABELA 1 – Medição das tensões e da corrente em função da frequência
Fonte: Autor, 2020.
Parte II – Análise dos resultados
a) Responda: Cada valor de pico da tensão na fonte é dado simplesmente pela soma dos respectivos valores de pico das tensões no indutor, no resistor e no capacitor? Por que? 
Pois se trata de um sistema RCL onde indutor, resistor e capacitor estão em serie e a corrente e tensão estão em fase. A soma das tensões no circuito série (considerando as defasagens) deve ser igual à tensão fornecida pela fonte
b) Calcule a tensão total (VS) em cada frequência que é composta pelos valores de pico das tensões dos elementos de acordo com a expressão, preenchendo a última coluna da tabela. 
Compare os resultados com o valor da tensão de pico ajustado na fonte (ε = 10 V).
Ao calcularmos os valores de tensão total é possível notar que ele esta sempre próximo de 10 v, mesmo variando as freqüências da fonte.
c) A relação entre os valores de pico da tensão e da corrente no indutor é dada pela reatância indutiva, enquanto a relação entre os valores de pico da tensão e corrente no capacitor é dada pela reatância capacitiva. 
Com os resultados das medições que constam na tabela 1, calcule as reatâncias indutiva e capacitiva para cada frequência, preenchendo a tabela 2.
Tabela 2 – Reatâncias em função da frequência
Fonte: Autor, 2020.
d) Com os dados da tabela 2 construa os gráficos da reatância indutiva em função da frequência, XL vs. f, (XL no eixo “y” e f no eixo “x”). 
Expressão teórica: XL = 2 π f L => O gráfico deve ser uma reta. 
Equação da reta: y = A x + B 
A=2 π L
Faça um ajuste linear e obtenha o valor da indutância a partir do coeficiente angular da reta ajustada. Compare esse resultado da indutância com o valor atribuído para o indutor.
A=2 π L=62=>L=9,87 Henry. Valor muito próximo do esperado para a indutância.
e) Com os dados da tabela 2 construa os gráficos da reatância capacitiva em função da frequência, XC vs. f, (XC no eixo “y” e f no eixo “x”). 
Expressão teórica: XC = 1 / (2 π f C) => O gráfico NÃO é uma reta. 
Faça um novo gráfico de XC vs. 1/f e verifique que agora pode ser ajustado por uma reta, onde a inclinação é 1/(2 π C). 
A=3,25=>A=1/(2 πC)=> C=0,049 Farad. Valor também condizente com o esperado.
Faça o ajuste linear e obtenha o valor da capacitância a partir do coeficiente angular da reta ajustada. Compare esse resultado da capacitância com o valor atribuído para o capacitor.
f) Com os dados de frequência e corrente da tabela 1 construa agora um gráfico do valor de pico da corrente em função da frequência, im vs. f. 
Calcule a frequência de ressonância prevista para o circuito, dada quando 
XL = XC
Responda: É possível constatar que o máximo no gráfico im vs. f ocorre para a frequência de ressonância prevista? Justifique.
Sim, com os cálculos os valor obtido para W representa o ponto previsto da freqüência, o que já era esperado devido a relação em que xl=xc temos 
g) Com os valores de tensão sobre o resistor, capacitor e indutor da tabela 1 determine o fator de potência do circuito para cada frequência. 
 
fator de potência = cos ( φ ) 
Calcule também a potência dissipada no resistor em cada frequência. 
Responda: Para qual frequência o fator de potência foi máximo? E a potência dissipada no resistor? Está consistente com a teoria?
Para freqüência de 25Hz foi a máxima do fator de potencia e a de dissipada no resistor,
Ambas estão condizendo com o esperado de acordo com a teoria
 
O termo é chamado de fator de potência do circuito. Para maximizar a taxa com a qual energia é fornecida a uma carga resistiva em um circuito RLC, devemos manter o fator de potência o mais próximo possível da unidade. Isso equivale a manter a constante de fase o mais próximo possível de zero.