Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA COM HABILITAÇÃO EM ELETRÔNICA DISCIPLINA DE ELETRICIDADE ATIVIDADE PRÁTICA DE ELETRICIDADE ALUNO: LUÍS LEONARDO LINDEN PROFESSOR: FELIPE NEVES SÃO LEOPOLDO – RS 2020 SUMÁRIO RESUMO .................................................................................................................................... i 1 INTRODUCAO ................................................................................................................ 1 1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................ Erro! Indicador não definido. 1.2 OBJETIVOS ................................................................................................................... 1 2 DESENVOLVIMENTO ................................................................................................... 2 2.1 ESCOPO DAS EXPERIÊNCIAS PRÁTICAS 1, 2, 3 E 4 ......... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 2.2 EQUAÇÕES ....................................................................................................................... 3 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................... 6 4 CONCLUSÕES ............................................................................................................... 37 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 38 ANEXO A ................................................................................................................................ 39 i RESUMO Esta Atividade Prática irá proporcionar ao aluno, uma melhor compreensão e entendimento dos conteúdos teóricos abordados na Disciplina de Eletricidade. Através dos experimentos práticos será possível comprovar a Lei de Ohm, as leis de Kirchhoff, os toremas de Thévenin e Norton, além de proporcionar ao aluno o contato com os componentes eletrôni- cos, instrumentos de medição e software de simulação. Palavras-chave: Ohm, Kirchhoff, Thévenin e Norton. 1 1 INTRODUCAO Nesta Atividade Prática serão efetuadas montagens de circuitos eletrônicos em Protobo- ard , afim de possibilitar a análise experimental da Lei de Ohm, das leis de Kirchhoff, os con- ceitos de Divisor de Tensão e Divisor Corrente, através de simulação de funcionamento pelo Software Multisim, e medições das grandezas elétricas com o Multímetro. 1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A Atividade Prática seguir foi fundamentada pelo embasamento teórico das leis de Ohm(Credita-se a Simon Ohm (1787 – 1854), físico alemão, a descoberta da relação entre corrente e tensão para um resistor. Essa relação é conhecida como Lei de Ohm) (SADIKO E ALEXANDER – 2013), as teorias dos nós e das malhas, seguindo a analise de circuitos elétri- cos também pelas leis de Kirchhoff. As leis de Kirchhoff foram introduzidas pela primeira vez em 1847 pelo físico alemão Gustav Robert Kirchhoff(1824-1887) e são formalmente conheci- das como lei de Kirchhoff para corrente( LKC, ou lei dos nós) e lei de Kirchhoff para tensão (LKT, ou lei das malhas)(SADIO E ALEXANDER – 2013) . As leis de Kirchhoff, juntamente com a lei de Ohm, formam a base da teoria dos circui- tos. (SADIKO E ALEXANDER – 2013). 2 1.2 OBJETIVO Essa atividade tem como intuito colocar em prática todos os conceitos abordados na disciplina de Eletricidade, como a Lei de Ohm, leis de Kirchhoff, divisor de tensão, divisor de corrente, funcionamento de resistores e fontes de alimentação. 3 2 DESENVOLVIMENTO EXPERIÊNCIA 1: LEI DE OHM Dado o Circuito Abaixo da figura, obtenha a corrente utilizando a lei de Ohm: A) CÁLCULO DOS VALORES TEÓRICOS DA CORRENTE PARA CADA UM DOS CASOS INDICADOS NA TABELA 1 UTILIZANDO A EQ(3): V1 = 0; I = 0 / 560Ω = 0A; V1 = 5v; I = 5 / 560Ω = 0,00892A → 8,92mA; V1 = 7v; I = 7 / 560Ω = 0,0125A → 12,50mA; V1 = 10v; I = 10 / 560Ω = 0,01786A → 17,86mA; V1 = 12v; I = 12 / 560Ω = 0,02143A → 21,43mA. 4 B) SIMULAÇÃO DE CIRCUITO UTILIZANDO SOFTWARE MULTISIM ONLINE: C) MONTAGEM DO CIRCUITO E MEDIÇÕES REALIZADAS: 5 D) CÁLCULO DO ERRO EXPERIMENTAL UTILIZANDO EQ(4): V1 = 0; %ERRO = 0; V1 = 5v; %ERRO =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,67% V1 = 7v; %ERRO =���,����,����,� � ∗ 100 = 0,96% V1 = 10v; %ERRO =���,�����,����,�� � ∗ 100 = 1,34% V1 = 12v; %ERRO =���,�����,����,�� � ∗ 100 = 0,93% E) TABELA 1: 0 0 0 0 8,93mA 8,92mA 8,87mA 0,67 12,5mA 12,5mA 12,38mA 0,96 17,86mA 17,85mA 17,62mA 1,34 21,43mA 21,42mA 21,21mA 0,93 6 F) GRÁFICO CORRENTE x TENSÃO: Gráfico dos valores Teóricos: Gráfico dos Valores Simulados: Gráfico dos Valores Experimentais: 7 G) VALOR REAL DO RESISTOR UTILIZADO UTILIZANDO EQ(5): R = (����)(��,��∗�������,��∗����) = 564,9Ω; VALOR MEDIDO: H) CÁLCULO DA POTÊNCIA DISSIPADA PELO RESISTOR UTILIZANDO A EQ(6): V1 = 0; P = 0; V1 = 5V; PTeórica = 5 * 8,93*10^-3 = 44,65mW; PSimulada = 5 * 8,92*10^-3 = 44,60mW; PExperimental = 5 * 8,87*10^-3 = 44,35mW; V1 = 7V; PTeórica = 7 * 12,5*10^-3 = 87,5mW; PSimulada = 7 * 12,5*10^-3 = 87,50mW; PExperimental = 7 * 12,38*10^-3 = 86,66mW; V1 = 10V; PTeórica = 10 * 17,86*10^-3 = 178,6mW; PSimulada = 10 * 17,85*10^-3 = 178,50mW; PExperimental = 10* 17,62*10^-3 = 176,2mW; 8 V1 = 12V; PTeórica = 12 * 21,43*10^-3 = 257,16mW; PSimulada = 12 * 21,42*10^-3 = 257,04mW; PExperimental = 12 * 21,23*10^-3 = 254,76mW; 0 0 0 0 44,65mW 44,6mW 44,35mW 0,67 87,5mW 87,5mW 86,66mW 0,96 178,6mW 178,5mW 176,20mW 1,34 257,16mW 257,04mW 254,76mW 0,93 9 EXPERIÊNCIA 2: DIVISOR DE TENSÃO Dado o circuito a seguir, obtenha as tensões nos resistores R1(VR1), R2(VR2) e R3(VR3) e a Corrente I. A) Cálculo da tensão em cada resistor e corrente solicitada: Req = R1+R2+R3 Req = 1kΩ+2,2kΩ+4,7kΩ Req = 7,9kΩ I1 = � �,��Ω = 633,91µA; VR1 = 1kΩ ∗ 633,91μA = 633,91mV; VR2 = 2,2kΩ ∗ 633,91μA = 1,39V; VR3 = 4,7kΩ ∗ 633,91μA = 2,97V; I2 = � �,��Ω = 886,07µA; VR1 = 1kΩ ∗ 886,07μA = 886,07mV; VR2 = 2,2kΩ ∗ 886,07μA = 1,95V; VR3 = 4,7kΩ ∗ 886,07μA = 4,16V; I3 = �� �,��Ω = 1,26mA; VR1 = 1kΩ ∗ 1,26mA = 1,26V; VR2 = 2,2kΩ ∗ 1,26mA = 2,77V; VR3 = 4,7kΩ ∗ 1,26mA = 5,92V; I4 = �� �,��Ω = 1,52mA; 10 VR1 = 1kΩ ∗ 1,52mA = 1,52V; VR2 = 2,2kΩ ∗ 1,52mA = 3,34V; VR3 = 4,7kΩ ∗ 1,52mA = 7,14V; 633,91mV 1,39V 2,97V 633,91µA 886,07mV 1,95V 4,16V 886,06µA 1,26V 2,77V 5,92V 1,26mA 1,52V 3,34V 7,14V 1,52mA B) SIMULAÇÃO DE CIRCUITO UTILIZANDO SOFTWARE MULTISIM ONLINE:11 632,91mV 1,39V 2,97V 632,91µA 886,08mV 1,94V 4,16V 886,08µA 1,26v 2,78V 5,94V 1,26mA 1,51V 3,34V 7,13V 1,51mA C) MONTAGEM DO CIRCUITO E MEDIÇÕES REALIZADAS: MEDIÇÕES EFETUADAS COM A FONTE REGULADA EM 5V 12 MEDIÇÕES EFETUADAS COM A FONTE REGULADA EM 7V 13 MEDIÇÕES EFETUADAS COM A FONTE REGULADA EM 10V 14 MEDIÇÕES EFETUADAS COM A FONTE FIXA 12V 15 621mV 1,37V 2,94V 631µA 866mV 1,91V 4,11V 880µA 1,25V 2,77V 5,95V 1,26mA 1,50V 3,33V 7,15V 1,52mA D) CÁLCULO DO ERRO EXPERIMENTAL UTILIZANDO EQ(4): V1 = 5V; %Ecorrente =����,���������,�� � ∗ 100 = 0,46% %EVR1 =����,���������,�� � ∗ 100 = 2,03% %EVR2 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 1,44% %EVR3 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 1,01% V1 = 7V; %Ecorrente =����,���������,�� � ∗ 100 = 0,68% %EVR1 =����,���������,�� � ∗ 100 = 2,26% %EVR2 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 2,05% %EVR3 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 1,20% 16 V1 = 10V; %Ecorrente =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,00% %EVR1 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,79% %EVR2 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,00% %EVR3 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,50% V1 = 12V; %Ecorrente =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,00% %EVR1 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 1,32% %EVR2 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,50% %EVR3 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,50% 2,03 1,44 1,01 0,46 2,26 2,05 1,20 0,68 0,79 0,00 0,50 0,00 1,32 0,29 0,14 0,00 17 EXPERIÊNCIA 3: DIVISOR DE CORRENTE Dado o circuito a seguir, obtenha as correntes em cada um dos ramos. A) Cálculo da tensão em cada resistor e corrente solicitada: V1= 5V IR1 = � �'Ω = 5(); IR2 = � �,�'Ω = 2,27(); IR3 = � �,�'Ω = 1,06(); V1 = 7V IR1 = � �'Ω = 7(); IR2 = � �,�'Ω = 3,18(); IR3 = � �,�'Ω = 1,49(); V1 = 10V IR1 = �� �'Ω = 10(); IR2 = �� �,�'Ω = 4,54(); IR3 = �� �,�'Ω = 2,13(); 18 V1 = 12V IR1 = �� �'Ω = 12(); IR2 = �� �,�'Ω = 5,45(); IR3 = �� �,�'Ω = 2,55(); 5mA 2,27mA 1,06mA 7mA 3,18mA 1,49mA 10mA 4,54mA 2,13mA 12mA 5,45mA 2,55mA 19 B) SIMULAÇÃO DE CIRCUITO UTILIZANDO SOFTWARE MULTISIM ONLINE: 5,0mA 2,27mA 1,06mA 7,0mA 3,18mA 1,48mA 10,0mA 4,54mA 2,12mA 12,0mA 5,45mA 2,55mA 20 C) MONTAGEM DO CIRCUITO E MEDIÇÕES REALIZADAS: MEDIÇÕES EFETUADAS COM A FONTE REGULADA EM 5V 21 MEDIÇÕES EFETUADAS COM A FONTE REGULADA EM 7V 22 MEDIÇÕES EFETUADAS COM A FONTE REGULADA EM 10V 23 MEDIÇÕES EFETUADAS COM A FONTE REGULADA EM 12V 24 5,05mA 2,28mA 1,06mA 7,07mA 3,19mA 1,49mA 10,10mA 4,56mA 2,12mA 12,20mA 5,49mA 2,56mA 25 D) CÁLCULO DO ERRO EXPERIMENTAL UTILIZANDO EQ(4): V1 = 5V; %EIR1 =����,��� � ∗ 100 = 1,00% %EIR2 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,44% %EIR3 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,00% V1 = 7V; %EIR1 =����,��� � ∗ 100 = 1,00% %EIR2 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,31% %EIR3 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,00% V1 = 10V; %EIR1 =������,���� � ∗ 100 = 1,00% %EIR2 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,44% %EIR3 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,47% V1 = 12V; %EIR1 =������,���� � ∗ 100 = 1,66% %EIR2 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,73% %EIR3 =��,����,���,�� � ∗ 100 = 0,39% 1,00 0,44 0,00 1,00 0,31 0,00 1 ,00 0,44 0,47 1,66 0,73 0,39 26 EXPERIÊNCIA 4: EQUIVALENTE DE THÉVENIN A) CÁLCULO DAS CORRENTES, TENSÕES E CIRCUITO EQUIVA- LENTE DE THÉVENIN,ANÁLISE NODAL: LCK NÓ V1: I1 = I2+I3; LCK NÓ V2; I3+I4 = I5; I = (V+ - V-) / R; I1 = VX – V1 / R1; I2 = V1 – 0 / R2; I3 = V1 – V2 / R3; I4 = VY – V2 / R4; I5 = V2 – 0 / R5+R6; 27 LCK NÓ V1: (12-V1 / 1*10^3) = (V1-0 / 6,8*10^3) + (V1-V2 / 2,2*10^3) 12 – V1 = 0,147*V1 + 0,454*V1 – 0,454*V2 1,6*V1 – 0,454*V2 = 12 ; EQ 1; LCK NÓ V2: (V1 – V2 / R3) + (VY – V2 / R4) = (V2 – 0 / R5+R6) (V1-V2 / 2,2*10^3) + (6 – V2 / 0,560*10^3) = (V2 / 2*10^3) 0,454*V1 – 0,454*V2 + 10,7 – 1,78*V2 = 0,5V2 -0,454*V1 + 2,73*V2 = -10,7 ; EQ2; RESOLVENDO O SISTEMA: { 1,6*V1 – 0,454*V2 = 12 ; -0,454*V1 + 2,73*V2 = -10,7 ; *(3,53) (1,6*V1 – 0,454*V2 = 12) + (-1,6V1 + 9,63V2 = 37,7) 9,17*V2 = 49,7 V2 = 49,7 / 9,17 = 5,42V SUBSTITUÍNDO V2 NA EQUAÇÃO1: 1,6*V1 – 0,454*(5,42) = 12 ; 1,6*V1 – 2,46 = 12 V1 = 12 + 2,46 / 1,6 = 9,04V 28 CÁLCULO DAS CORRENTES E TENSÕES SOLICITADAS: I1 = 12 – 9,04 / 1*10^3 = 2,96mA VR1 = 1*2,96 = 2,96V I2 = 9,04 – 0 / 6,8*10^3 = 1,33mA VR2 = 6,8*1,33 = 9,04V I3 = 9,04 – 5,42 / 2,2*10^3 = 1,64mA VR3 = 2,2*1,64 = 3,60V I4 = 6 – 5,42 / 0,56*10^3 = 1,06mA VR4 = 0,56*1,06 = 576,8mV I5 = 5,42 – 0 / 2,0*10^3 = 2,71mA VR5 = 1,0*2,71 = 2,71V VR6 = 1,0*2,71 = 2,71V VTH = VR6 RTH = 596,6Ω IN = 2,71 / 0,5966*10^3 = 4,54mA CIRCUITO EQUIVALENTE THÉVENIN: 29 B) SIMULAÇÃO DE CIRCUITO UTILIZANDO SOFTWARE MULTISIM ONLINE: 30 CIRCUITO EQUIVALENTE DE THÉVENIN: C) MONTAGEM DO CIRCUITO E MEDIÇÕES REALIZADAS: VERIFICAÇÃO DE V1 E V2: 31 VERIFICAÇÃO DAS TENSÕES VR1,VR2,VR3,VR4: VERIFICAÇÃO DAS TENSÕES VR5 E VR6 = VTH: 32 VERIFICÇÃO DAS CORRENTES I1,I2 E I3: VERIFICÇÃO DAS CORRENTES I4 E I5: 33 VERIFICAÇÃO DA IN: VERIFICAÇÃO DA RESISTÊNCIA EQUIVALENTE THÉVENIN: 34 I(A) %ERRO TEÓRICA SIMULADA EXPERIMENTAL ERRO EXPERIMENTAL I1 2,96mA 2,97mA 2,91mA 1,68% I2 1,33mA 1,32mA 1,35mA 1,50% I3 1,64mA 1,64mA 1,57mA 4,26% I4 1,03mA 1,05mA 1,30mA 26,21% I5 2,71mA 2,70mA 2,88mA 6,27% V1 9,04V 9,02V 9,14V 1,10% V2 5,42V 5,40V 5,70V 5,16% VR1 2,96V 2,97V 2,89V 2,36% VR2 9,04V 9,02V9,14V 1,10% VR3 3,60V 3,61V 3,42V 5% VR4 576,8mV 592,66mV 737mV 27,77% VR5 2,71V 2,70V 2,84V 4,79% 35 2.1 EQUAÇÕES V = * ∗ +; (1) R = , - ; (2) I = , .; (3) %Erro = | 0Teórico – 0experimental 0Teórico | ∗ 100; (4) R = ∆.∆- ; (5) P = @ ∗ +; (6) 36 3 Resultados e Discussão A partir dos erros calculados com base nos valores teóricos e experimentais de todas as atividades, foi possível notar uma grande variação dos valores obtidos em relação aos teó- ricos. Isso ocorre devido aos valores nominais dos componentes reais possuírem variação de fabricação, os valores de tensão ajustados também apresentaram variação devido as precisões de ajuste, pois os circuitos teóricos são considerados componentes ideais sem perdas, o que não ocorre nos experimentos práticos. 37 3 CONCLUSÕES A atividade prática em questão, tem impacto direto para o entendimento e compreensão dos alunos no que se refere aos conceitos teóricos abordados nas aulas de Eletricidade. Possibili- tou o contato dos alunos com componentes eletrônicos, montagem de circuitos elétricos, tes- tes de bancada, plataforma online de simulação de circuitos elétricos no Multisim. Através dessas ações, foi possível visualizar e compreender o comportamento das grandezas elétricas, Tensão, Corrente e Resistência elétrica, comprovando as Leis de Ohm e as Leis de Kirchhoff. 38 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Livros: Alexander, Charles K. Fundamentos de circuitos elétricosFundamentos de circuitos elétricosFundamentos de circuitos elétricosFundamentos de circuitos elétricos Charles K. Alexan- der, Matthew N. O. Sadiku ; tradução: José Lucimar do Nascimento ; revisão técnica: Antônio Pertence Júnior. – 5. ed. – Dados eletrônicos. – Porto Alegre: AMGH, 2013. Internet: https://univirtus.uninter.com/ava/web/ 39 ANEXO A DIAGRAMA ELÉTRICO DO CIRCUITO REGULADOR DE TENSÃO:
Compartilhar