Eletro I Exp 7 Circuito C A

Prévia do material em texto

FATEC SP LABORATÓRIO DE ELETRO I
LABORATÓRIO –ELETRO I – EXPERIÊNCIA 7
I-Título : CIRCUITOS EM CORRENTE ALTERNADA
II-Objetivos :
a) verificar os processos de resolução de circuitos em corrente alternada;
b) Medida de grandezas CA com multímetro digital
c) comprovar os efeitos provocados por resistores e capacitores em um circuito elétrico em corrente alternada, através do diagrama fasorial.
III-Conteúdo :
Receptores em Corrente Alternada:
RESISTOR (R): O resistor é um dispositivo que transforma energia elétrica em calor. Os conceitos e tipos de resistores foram vistos na aula 2.
Símbolo:
Equação característica em função de t : vR(t) = R. iR(t)
CAPACITOR (C): é um dos elementos mais importantes utilizado em um circuito elétrico. 
Um capacitor típico consiste em duas placas paralelas de área A separadas de uma distância d num meio isolante chamado dielétrico (ar, cerâmica, mica, óleo, poliéster etc.):
Ligando-se as placas de um capacitor aos pólos de uma fonte de tensão contínua, pode-se verificar a existência de uma corrente elétrica através de um amperímetro.
Antes do capacitor ser ligado ao circuito, suas placas se encontram em equilíbrio elétrico, mas, após a conexão, a placa que se ligou ao terminal positivo se tornou também carregada com cargas positivas e a placa que foi conectada ao terminal negativo se tornou carregada com cargas negativas.
Devido as cargas adquiridas pelo capacitor temos uma tensão, que é teoricamente igual à da fonte.
Desligando o capacitor do circuito, suas placas permanecem carregadas, pois pelo dielétrico não há possibilidade de circular corrente elétrica; temos, então, um componente que armazena energia.
Chama-se capacitância (C) a relação entre as cargas (Q) armazenadas e a tensão (V) existente.
 C = 
Q em coulomb (C)
V em volts (V)
C em farad (F)
-Simbologia:
 F = farady 
Equação característica em C.A. : Vc(t) = 
No capacitor a relação entre o valor eficaz da tensão e da corrente é denominada de reatância capacitiva (XC):
 Xc= (Ω)
 Xc = = (Ω)
c) INDUTOR (L): um indutor é constituído basicamente por um fio enrolado, formando uma ou várias espiras. A sua característica principal é a de se opor à variação de corrente.
As cargas elétricas em movimento originam um campo de forças denominado campo magnético.
Um condutor, deslocando-se em relação a um campo magnético, terá induzida uma tensão entre seus terminais.
Podemos ter o campo fixo, o condutor móvel e vice-versa (ver aula 3 - item 3).
Quanto maior for o número de espiras, maior será a tensão em seus terminais. Por outro lado, uma corrente elétrica ao percorrer um indutor com um número maior de espiras formará um campo magnético mais intenso.
Podemos associar ao campo magnético a ideia de inercia tirada da mecânica. Ao aplicarmos uma força um corpo com certa massa, devido à inércia, o deslocamento do mesmo não se dará de forma instantânea; inversamente, se quisermos parar um corpo em movimento, sua variação de velocidade não será instantânea.
Portanto, ao aplicarmos uma tensão em um indutor, haverá uma certa demora na formação do campo magnético; ao desligarmos a fonte de tensão o campo não desaparece imediatamente; ele continuará existindo e diminuirá de intensidade induzindo na bobina uma tensão entre seus terminais.
O indutor armazena energia que lhe fornecemos, sob forma de campo magnético.
A lei de Faraday nos diz, que o valor da tensão induzida em um condutor é resultante da variação do fluxo magnético num certo intervalo de tempo.
Mas o fluxo é produzido pelo campo que atravessa uma certa área::
Mas o campo B depende do comprimento do indutor (l), do número de espiras (N), da corrente na bobina (i) e da permeabilidade magnética do meio (μo).
Portanto, o fluxo depende da corrente e de outros fatores que são geométricos, portanto constantes; assim teremos:
A constante de proporcionalidade entre a tensão induzida (v) e a variação de corrente (di/dt) é definido como indutância (L).
O indutor é um elemento de circuito que tem um valor próprio de indutância, assim como o resistor possui um valor definido de resistência.
Um elemento possui a indutância de um henry (H), quando uma variação de corrente de um ampère por segundo induz em seus terminais a tensão de um volt.
Ao aplicarmos uma tensão alternada senoidal em um indutor, estaremos criando um campo magnético (ao que se opõe o indutor) e, logo em seguida, diminuindo o seu valor (ao que se opõe o indutor) criando um outro campo de sentido inverso ao primeiro (o indutor se opõe) e, logo em seguida, o reduzimos a zero (nova posição); a esta oposição à variação da corrente dá-se o nome de reatância indutiva (XL).
Quanto maior for a frequência, mais rápida será a variação da corrente; com a reatância diretamente proporcional à frequência:
Simbologia:
 H = henry 
Equação característica em C.A. : VL(t) = L . 
2) Impedância:
Na resolução de um circuito em corrente alternada envolvendo capacitores e indutores, o cálculo é muito complexo se utilizarmos as equações características, vistas anteriormente. Para simplificar esta resolução, utiliza-se a grandeza elétrica denominada de impedância que, em termos físicos, é a oposição à variação da corrente. Desta forma a lei de Ohm em corrente alternada será:
 
Veremos a seguir como se determina a impedância para cada um dos receptores (resistor, capacitor e indutor):
a)RESISTOR: Aplicando uma tensão VR(t) = V.2.sen(w.t + α) no resistor, obteremos os seguintes gráficos:
 
Podemos notar que o gráfico da corrente é semelhante ao da tensão, então a equação da corrente será a seguinte: IR(t) = I.√2.sen(w.t + α)
Transformando as equações de tensão e corrente para a forma complexa, obtemos:
Aplicando a lei de Ohm:
 
A relação entre os valores eficazes da tensão e corrente tem como resultado o valor da resistência (R):
R = 
Então a expressão da impedância no resistor pode ser escrita da seguinte forma:
b) CAPACITOR: Aplicando uma tensão vC(t) = V.2.cos(.t + ) no capacitor, obteremos os seguintes gráficos:
 
Podemos notar que entre os gráficos da corrente e o da tensão existe uma defasagem de 90°, então a equação da corrente será a seguinte: 
Transformando as equações de tensão e corrente para a forma complexa, obtemos:
Aplicando a lei de Ohm:
A relação entre os valores eficazes da tensão e corrente tem como resultado o valor da reatância capacitiva (XC):
Então a expressão da impedância no capacitor pode ser escrita da seguinte forma:
Obs.: No curso, a reatância será indicada como sendo o módulo da impedância:
c) INDUTOR: Aplicando uma tensão vL(t) = V.√ 2.cos(w.t + a) no indutor, obteremos os seguintes gráficos:
 
Podemos notar, pelo gráfico, que a corrente está atrasada de 90° em relação à tensão. Então a equação da corrente será a seguinte:
Transformando as equações de tensão e corrente para a forma complexa, obtemos:
Aplicando a lei de Ohm:
A relação entre os valores eficazes da tensão e corrente tem como resultado o valor da reatância indutiva (XL):
XL = π f = Ꞷ L (Ω)
Então a expressão da impedância no indutor pode ser escrita da seguinte forma:
Obs.: No curso, a reatância será indicada como sendo o módulo da impedância:
3) Diagrama fasorial:
a) RESISTOR: Aplicando uma tensão em uma impedância 
resistiva
 
a corrente será .
A representação gráfica da tensão e corrente complexa sobre a mesma será:
 
O fasor representativo da corrente está em fase com o da tensão.
b) CAPACITOR: Aplicando uma tensão _a em uma impedância capacitiva , a corrente a corrente será: 
A representação gráfica da tensão e corrente complexa sobrea mesma será:
O fasor representativo da corrente está adiantado de 90° em relação ao da tensão
c) INDUTOR: Aplicando uma tensão em uma impedância indutiva 
a corrente a corrente será: 
A representação gráfica da tensão e corrente complexa sobre a mesma será:
 
O fasor representativo da corrente está atrasado de 90° em relação ao da tensão.
IV- PARTE EXPERIMENTAL
Material utilizado:
1 painel para circuitos em CA;
1 capacitor de 3,3uF
1 capacitor de 4,7uF
1 resistor de 470 ohm 
1 resistor de 680 ohm
1 fonte de tensão CC/CA 12V;
1 multímetro digital;
Cabos de conexão;
Lembrar que: O processo de resolução de circuitos em CA baseou-se nas seguintes leis:
a) Lei de Ohm:
b) Primeira Lei de Kirchhoff:
= 0 num nó
Sejam três correntes , a soma fasorial das mesmas deverá ser zero (para um nó).
c) Segunda Lei de Kirchhoff:
Dada uma malha genérica, a soma fasorial das tensões complexas deverá ser zero.
1)Medir o valor dos resitores, com o multímetro digital, operando como ohmímetro.
 a) Montagem no laboratório b) Montagem no simulador 
	R1 = Ω
	R2 = Ω
2) Medir o valor dos capacitores, com o multímetro digital, operando como capacímetro:
	C1 = μF
	C2= μF
3) Montar o seguinte circuito.
4) Medir as tensões, com o multímetro digital operando como voltímetro CA.
OBS.: Os valores em medição são valores eficazes (Vef), portanto serão considerados como módulo dos números complexos correspondentes: 
 | V | = Vef ( V ) 
Ajuste o multímetro digital para medida de tensão alternada, posicionando a chave rotativa em “V ”. Aparecerá no display o símbolo “AUTO”, “V”. Se a sigla “AC” não estiver visível, pressione a tecla “SELECT” para ligar o modo “AC” (tensão alternada):
	VG(V)
	VC2(V)
	VR2(V)
	
	
	
5) Com o multímetro digital operando como miliamperímetro CA, medir a corrente no circuito.
Ajuste o multímetro digital para medida de corrente alternada, posicionando a chave rotativa em “mA ”. Aparecerá no display o símbolo “AUTO”, “mA”. Se a sigla “AC” não estiver visível, pressione a tecla “SELECT” para ligar o modo “AC” (corrente alternada):
OBS.: O valor em medição é um valor eficaz, portanto corresponde ao módulo do número complexo correspondente: 
Lembre-se que para medir corrente o aparelho (miliamperímetro) deve ficar em série no circuito
 I = mA
6) Montar o seguinte circuito:
7) Medir as tensões, com o multímetro digital operando como voltímetro CA (ver item 4):
	VG(V)
	VC1(V)
	VR1(V)
	VC2(V)
	VR2(V)
	
	
	
	
	
8) Com o multímetro digital operando como miliamperímetro em CA, medir as correntes do circuito (ver item 5):
OBS.: Ao deslocar o amperímetro de uma posição para outra, refazer as ligações no local.
	I1 (mA)
	I2 (mA)
	I3 (mA)
	
	
	
RELATÓRIO – EXPERIÊNCIA 7 – CIRCUITO C.A
	NOME
	Edison Vieira Guerra
	Nº
	1920351
	MODALIDADE
	Processos de Produção
	TURNO
	manhã
	DATA 
	24/06/20
1) Apresentar os valores medidos dos resistores e capacitores:
R1 = 4,7μF
R2 = 3,3μF
C1 = 470Ω
C2 = 680Ω
2) Medir as tensões no capacitor, resistor e na entrada do circuito (item 4 da parte experimental):
VG = 12V
VC2 = 9.162V
VR2 = 7.751V
3) Aplicar a Lei das Malhas. A soma das tensões parciais deu como resultado a tensão total? Explique.
R: Não, porque tem que efetuar o cálculo para encontrar o valor eficaz.
4) Com o miliamperímetro AC, medir a corrente no circuito.
I = 8.659mA
6) Medir as tensões e correntes (itens 7 e 8 da parte experimental):
VG = 12V
VR1 = 5.733V
VC1 = 9.177V
VR2 = 3.703V
VC2 = 4.378V
 I1 = 16.363mA
 I2 = 12.41mA
 I3 = 5.265mA
7) Qual a defasagem existente entre a tensão e a corrente em um resistor, um capacitor e um indutor?
(note que este ângulo de defasagem é igual ao ângulo da impedância)
R: 
Resistor o fasor representativo da corrente está em fase com o da tensão a defasagem é 0.
Capacitor o fasor representativo da corrente está adiantado de 90° em relação ao da tensão.
Indutor o fasor representativo da corrente está atrasado de 90° em relação ao da tensão.