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Página 1 / 6 Este documento visa fornecer a você, estudante, a oportunidade de realizar uma atividade prática experimental, por meio de laboratórios virtuais. Este roteiro é constituído por uma breve revisão teórica, seguida de descrição de atividades propos- tas utilizando o laboratório virtual Falstad, disponível online de forma interativa. Durante a realização desta atividade, você aplicará as técnicas de simplificação de circuitos aprendidos no curso e confron- tará com as medições realizadas de forma prática, em laboratório virtual. Explore a ferramenta e compartilhe suas dúvidas e descobertas com os colegas e facilitadores. Orientações gerais: 1 - Para realizar esta atividade você deve acessar o laboratório online FALSTAD, clicando no link. 2 - Realize as atividades, compartilhe os resultados nos fóruns temáticos e discuta com seus colegas. UNIVERSIDADE VIRTUAL DO ESTADO DE SÃO PAULO UNIVESP Roteiro Prático - Laboratório Virtual Acadêmico(a): RA: Curso: Engenharia de Computação Turma: Data: Disciplina: EEC001 - Circuitos Elétricos Semana: Criado por: Everton Coelho de Medeiros e Jéssica Glória Jorge Batista Atividade Prática: 2 Tema: Análise de circuitos por Thevenin e Norton Introdução Quando você precisa analisar o que está acontecendo em apenas uma parte de um circuito elétrico, seria muito interessante poder simplificar o restante do circuito a algo bastante simples, como uma fonte e um resistor, não é mesmo? A simplificação de circuitos elétricos complexos, para modelos equivalentes de Thevenin e Norton, reapresentam o mesmo comportamento que o circuito inicial. Diversas vezes estamos interessados na análise de uma parte do circuito, por exemplo a tensão sobre um dado resistor. Essa avaliação se torna um processo mais fácil com o uso do teorema de Thevenin e Norton aplicados. Objetivos Nesta prática você irá determinar o circuito equivalente Norton e Thevenin para estudar como a tensão e a corrente variam ao mudar a resistência elétrica de um potenciômetro. Para saber se seus resultados estão corretos, você irá testar experimentalmente, construindo o circuito completo em um laboratório virtual e realizando as medições necessárias. Revisão Teórica Teorema Thevenin O circuito equivalente de Thevenin é composto por uma fonte de tensão VT h e uma resistência equivalente RT h. Para determinar o circuito de Thevenin, iniciamos com a substituição da parte de interesse do circuito por uma carga com resistência infinitamente grande nos terminais a e b que desejamos observar, com isso teremos um circuito aberto. Por definição, a tensão de circuito aberto entre os terminais a e b é igual à tensão VT h. A resistência Thevenin é obtida de forma igualmente simples. Basta você calcular a resistência equivalente do circuito que não é relevante para você entre os terminais a e b do seu ponto de http://www.falstad.com/circuit/ Página 2 / 6 Figura 1: Representação gráfica do Teorema de Thevenin interesse, considerando que todas as fontes estão desligadas (só vale para fontes não vinculantes, ok?). Teorema Norton O circuito equivalente de Norton é composto por uma fonte independente de corrente IN e uma resistência RN . Essa combinação em paralelo entre IN e RN é equivalente ao circuito original. Figura 2: Representação gráfica do Teorema de Norton Ao colocarmos uma carga com resistência zero entre os terminais a e b do ponto do circuito Página 3 / 6 • que queremos estudar, teremos um curto circuito entre os terminais. Por definição, a corrente de curto-circuito entre os terminais é igual a corrente de Norton (IN ) e RN é obtido de maneira análoga a resistência de Thevenin, mas agora se determinando a tensão entre os terminais. Como você pode perceber, existe uma relação entre o Teorema de Norton e o Teorema de Thevenin. De fato, além de RN = RT H , temos que: I = VT H . N RT H Pronto, agora é hora de por em prática e ver se os resultados teóricos são compatíveis com testes experimentais em um laboratório virtual. Prática Para esta prática você deve abrir em seu navegador o laboratório virtual FALSTAD - Circuit Simulator Applet para circuitos elétricos, acessando o link. Figura 3: Representação gráfica do circuito a ser simulado nesta prática. PARTE 1 - Construindo o Circuito no Laboratório Virtual 1. Criando um circuito. Entre no link e acesse o laboratório virtual online. Caso ele já inicie com algum cir- cuito exemplo, selecione a aba "Exemplos de Circuitos", e clique em "Novo Circuito". Apesar desta análise ser em circuito DC, você pode parar e reiniciar o tempo. Baseie-se no circuito da Fig. 3 e utilize a aba "Desenhar" para inserir os compontentes do circuito, como resistores, potenciômetro, fonte de alimentação e fios condutores. Não esqueça de aterrar o seu circuito. Altere os valores de cada componente clicando com o botão direito sobre eles. Escolha uma tensão de entrada de 15V e de 10kΩ para o potenciômetro. Como um potenciômetro funciona? Analise a melhor forma de conectar o tap (fio central) no circuito, para que você possa variá-lo durante seu experimento. O cursor para variação do tap estará disponível no menu lateral direito, quando o circuito estiver sendo simulado. Inicie a simulação do seu circuito e verifique se a corrente flui corretamente por todos os componentes, para ter certeza que as conexões foram feitas de forma correta. Ajuste a velocidade da corrente para que você consiga perceber as diferenças da intensidade de corrente em cada parte do circuito, e analise se está compatível com suas expectativas. Qualquer dúvida, compartilhe sua tela e discuta com seus colegas e facilitador nos fóruns! • • • • http://www.falstad.com/circuit/ http://www.falstad.com/circuit/ http://www.falstad.com/circuit/ Página 4 / 6 2. Fazendo medições. Passe o cursor do mouse sobre os elementos do circuito para obter a tensão entre seus terminais e a corrente que o atravessa. Anote os valores de tensão e corrente sobre o potenciômetro, variando seu valor por meio do ajuste do tap. Anote as medições feitas para cada valor de resistência do potenciômetro (RL). A tabela a seguir te ajudará a organizar seus dados. Resistência RL [kΩ] Tensão VL [V ] Corrente IL [mA] 0 1 5 10 PARTE 2 - Análise por equivalente Thevenin e Norton Com o mesmo circuito que você utilizou na parte 1, vamos fazer agora uma análise da tensão e da corrente sobre o potenciômetro utilizando o Teorema de Thevenin e o Teorema Norton. Esses cálculos você deverá fazer a mão, para comparar com os resultados obtidos experimentalmente. 1. Determine RT H e VT H . O seu circuito de interesse é o Potenciômetro RL. Abra o circuito entre os terminais do potenciômetro (como se o retirasse no circuito) e calcule a resistência equivalente RT H , considerando um curto-circuito entre as fontes. Retorne com as fontes de alimentação e mantenha os terminais do potenciômetro abertos. Calcule a tensão VT H entre os terminais a e b do circuito. Preencha os espaços com os dados que você calculou para o circuito equivalente The- venin. • • • • • Página 5 / 6 • Com o circuito equivalente Thevenin obtido, determine a corrente e a tensão sob o potenciômetro, variando sua resistência. Dica: Use o que você aprendeu sobre divisor de tensão. Resistência RL [kΩ] Tensão VL [V ] Corrente IL [mA] 0 1 5 10 • Página 6 / 6 • Compare os resultados que você obteve para o circuito equivalente Thevenin e compare com os seus resultados experimentais. Discuta com seus colegas possíveis erros entre os valores teóricos e experimentais. Página 7 / 6 • 2. Determine RN e IN . O seu circuito de interesse é o Potenciômetro RL. Você deve calcular a resistência equivalente RN da mesma forma que calculou RT H , desligando as fontes e determi- nando a resistência equivalenteentre os terminais a e b. Estabeleça um curto-circuito entre os terminais a e b. A fonte de corrente Norton (IN ) é igual a corrente de curto-circuito que atravessa os terminais. Calcule essa corrente, analisando o circuito original com cuidado. Preencha os espaços com os dados que você calculou para o circuito equivalente Nor- ton. Com o circuito equivalente Norton obtido, determine a corrente e a tensão sob o potenciômetro, variando sua resistência. Dica: Use o que você aprendeu sobre divisor de corrente. • • • Página 8 / 6 Resistência RL [kΩ] Tensão VL [V ] Corrente IL [mA] 0 1 5 10 Página 9 / 6 Compare os resultados que você obteve para o circuito equivalente Norton e compare com os seus resultados experimentais. Discuta com seus colegas possíveis erros entre os valores teóricos e experimentais. Página 10 / 6 3. Muito bem, você finalizou as suas atividades experimentais de hoje. Faça uma breve conclusão a respeito da importância do uso dos equivalentes Thevenin e Norton para análise de circuitos elétricos e compartilhe com seus colegas no Fórum Temático da disciplina. Página 11 / 6 Página 12 / 6 Aproveite estas atividades práticas e solidifique seu aprendizado. Bom trabalho! O que achou desta proposta de Atividade Prática? Dê sua opinião, é muito rápido! São apenas duas perguntas de múltipla escolha obrigatórias. Clique aqui e participe! https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSfhFyA-1gJTQkm69T1RRnzzLOauX2T_WCpK4ULSJvdRJOEv_Q/viewform?usp=sf_link
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