Trabalho de Física III-Capacitores

Prévia do material em texto

ASSOCIAÇÃO CARIOCA DE ENSINO SUPERIOR 
UNICARIOCA 
 
 
 
 
 
 
 
(Tema: Capacitores) 
 
 
 
 
Nome dos integrante do grupo e matrícula 
 
 Cleonir 
Matrícula: 
 
 
 
 
Trabalho apresentado como pré-
requisito de parte da 2ª. Avaliação do 
Curso de Engenharia de computação 
na disciplina “ Física III” tendo como 
professor(a): Sara Camacho de 
Oliveira. 
 
RIO DE JANEIRO 
2020 
Sumário 
1. Introdução: ................................................................................................................................................................ 3 
2. Objetivo: ..................................................................................................................................................................... 3 
3. Teoria ........................................................................................................................................................................... 3 
4. Materiais utilizados (Virtuais): ......................................................................................................................... 4 
5. Pré-teste: ................................................................................................................................................................... 4 
6. Montagem do experimento: .............................................................................................................................. 7 
7. Avaliando os resultados ..................................................................................................................................... 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Introdução: 
Trabalho realizado em laboratório virtual referente a disciplina de Física III, ministrada pela Profª 
Sara Camacho de Oliveira. Na prática em laboratório virtual, onde foi realizado um experimento com 
capacitores. 
2. Objetivo: 
Este experimento tem como objetivo explorar as propriedades elétricas de um capacitor. Para isso, 
você realizará medidas de grandezas elétricas, tais como resistência, diferença de potencial, constante de 
tempo, capacitância, que estão associadas a elementos de um circuito formado por uma fonte de tensão, um 
resistor, um capacitor, uma chave alavanca e um multímetro. 
As medições têm o intuito de te familiarizar com as características e o comportamento de um elemento 
capacitivo, assim como dar fundamento matemático para realização dos cálculos necessários. 
3. Teoria 
Capacitores são componentes elétricos que armazenam energia através do campo elétrico. Seu 
funcionamento consiste em placas metálicas que acumulam cargasopostas quando submetidas a uma 
diferença de potencial. Essas placas são separadas por um material isolante, também conhecido como 
dielétrico, que impede o fluxo decorrente entre elas. 
 
O modelo mais conhecido de capacitor é o de placas paralelas, visto na Figura 1,podendo aparecer em 
diferentes formatos e ser composto por diferentes materiais, mas sempre com o mesmo princípio de 
funcionamento. A quantidade de carga que um capacitor consegue armazenar em função da diferença de 
potencial que está sendo exercida sobre suas placas é chamada de Capacitância (C). 
 
 
 
 
 
 
4. Materiais utilizados (Virtuais): 
Fonte de tensão: fonte que irá alimentar o circuito com corrente contínua. 
Voltímetro ou multímetro digital: aparelho destinado a medir e avaliar grandezas elétricas do 
circuito montado. 
Capacitor: dispositivo capaz de acumular cargas elétricas quando uma diferença de potencial é 
estabelecida entre seus terminais. 
Resistor: utilizado para limitar o fluxo de corrente elétrica no circuito de forma não regulável. 
Protoboard: base onde será montado o circuito elétrico. 
Cronômetro: aparelho para medição do tempo de carregamento e descarregamento do 
capacitor. 
Chave alavanca: dispositivo do circuito que alterna a posição da ligação e por consequência a 
configuração do circuito, como nas ilustrações. 
Fios de ligação: fios de resistência desprezível usados para ligar os elementos do circuito. 
5. Pré-teste: 
 
Figura 3.1 
 
Figura 3.2 
 
 
Figura 3.3 
 
Figura 3.4 
 
Figura 3.5 
 
6. Montagem do experimento: 
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; 
 
Figura 4.1 
 
Passo 2: Utilizando a protoboard 1, calcule a resistência interna do multímetro a partir da análise 
dos componentes e de sua fórmula; 
 
Figura 4.2 
|𝑉𝑀𝑒𝑑| = -5,95V 
Vf = 12,0V 
R = 90 kΩ 
 
Para calcular a resistência interna do multímetro, utilize a equação abaixo: 
 
Onde: 
Vf = Tensão da fonte. 
VMed = Tensão medida pelo multímetro. 
R = Valor das resistências iguais utilizadas. 
RV = Resistência interna do multímetro. 
RV=(5,95/12-2(5,95)).9.10^4 
RV=5,3.10^6Ω 
Anote o valor da resistência (em mega ohm) interna do multímetro encontrada: Rv = 5,3 MΩ. 
 
valor da tensão apresentada pelo multímetro e o tempo que o capacitor leva para carregar 
totalmente: 
 
Figura 4.3 
Tcargatotal = 14,43S 
Vcargatotal = 11,97V 
 
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; 
V63% 7,56V 
Medições 
Medição 1 2 3 4 Média 
T63% (s) 2,81 2,47 2,7 2,82 2,7 
 
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; 
V37% 4,44V 
Medições 
Medição 1 2 3 4 Média 
T37% (s) 3,1 3,2 3,0 2,9 3,05 
 
Passo 5: Analisando os componentes da protoboard 2, calcule o valor teórico da constante de 
tempo do circuito. 
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. 
τ = R ∗ C 
τ =9.10^4.2.10^-5 
τ =1,8s 
τ Teórico = 1,8 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 = 2,7 s 
τ Experimental2 = 3,05 s 
7. Avaliando os resultados 
Quais conclusões podem ser retiradas ao calcular o valor da resistência interna do multímetro 
relacionada a sua influência no circuito? 
R: A resistência interna do multímetro é muito alta, interferindo muito pouco no valor da tensão 
real medida pelo aparelho e a alteração da resistência equivalente do circuito sofre baixa 
alteração. 
 
 
 
 
 
 
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%? 
R: Foi analisado que o processo de carga do capacitor é não-linear mais intenso nos primeiros 
segundo de carga e atenua nos instantes finais, pois nos instantes iniciais o capacitor comporta 
como uma chave fechada no circuito, conforme tabela 1. 
 
Valores percentuais da tensão no capacitor de um circuito RC como função do tempo 
t vc/vf (%) 
0 0 
1RC 63,2% 
2RC 86,5% 
3RC 95,0% 
4RC 98,2% 
5RC 99,3 %~100% 
Tabela:1 
Onde: 
Vc= tensão do capacitor 
Vf= tensão da fonte 
 
Comparando a constante de tempo calculada teoricamente com as obtidas experimentalmente, 
quais as causas para as possíveis discrepância dos valores? 
R: A principal discrepância está relacionada ao acionamento do cronometro e acionamento da 
chave para energizar ou desenergizar o circuito, a queda de tensão devido a alta corrente nos 
segundos iniciais a resistência interna do multímetro, embora considerada desprezível, 
resistência da protoboard e fio de montagem do experimento.