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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA DISCIPLINA DE ELETRICIDADE – FUNDAMENTOS DA ENGENHARIA ATIVIDADE PRÁTICA DE ELETRICIDADE ALUNO: THIAGO OLIVEIRA LOPES PROFESSOR: DR. FELIPE NEVES BRAGANÇA PAULISTA - SP 2020 SUMÁRIO RESUMO ..............................................................................................................................I 1 INTRODUCAO ............................................................................................................ 1 1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ...................................................................................... 1 1.2 OBJETIVOS .............................................................................................................. 2 1.2.1 Objetivo geral ..................................................................................................... 2 1.2.2 Objetivos específicos .......................................................................................... 2 2 METODOLOGIA ........................................................................................................ 3 3 CONCLUSÕES .......................................................................................................... 30 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 30 i RESUMO Esta atividade tem o objetivo de colocar em prática todos os conceitos abordados na disciplina de eletricidade, como lei de Ohm, leis de Kirchhoff, divisor de corrente, divisor de tensão e equivalente de Thevenin, funcionamento de resistores, capacitores e indutores. Os experimentos consistem em obter valores teóricos, simulados e experimentais comparando os valores obtidos e calculando os erros e justificando o resultado. Palavras-chave: (Lei de Ohm, Leis de Kirchhoff, Divisor de Tensão e Divisor de Cor- rente e Equivalente de Thevenin) Abstract: This activity aims top ut into practice all the concepts covered in the discipline of elec- tricity, such as Ohm’s law, Kirchhoff’s laws, current divider, voltage divider and Thevenin equivalente, operation of resistors, capacitors and inductors. The experiments consist of obtai- ning theoretical, simulated and experimental values comparing the values obtained and calcu- lating the erros and justifying the result. Keywords: (Ohm’s law, Kirchhoff’s laws, Current Divider, Voltage Divider, Thevenin Equivalent) 1 1 INTRODUCAO Através destes experimentos poderemos demonstrar a analise de circuitos, lei de Ohms, leis de Kirchhoff, divisor de tensão, divisor de corrente e equivalente de Thevenin. Nos quatro experimentos que vamos realizar estudaremos o funcionamento dos resistores, capacitores e indutores e como analisa-los em circuitos diferentes. Neste processo utilizaremos cálculos teó- ricos, simulados no software Multisim e montaremos quatro circuitos diferentes com o KIT Thomas Edson para analisa-los, comparar os resultados e calcular a % de erro do resultado obtido no teórico e dos experimentos. 1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA As Leis de Ohm, postulada pelo físico alemão Georg Simon Ohm (1787-1854), em 1827 determinou a resistência elétrica dos condutores. Além de definir os conceitos da resistência elétrica, Georg Ohm demonstrou que no condutor a corrente elétrica é diretamente proporcional a diferença de potencial aplicada. Foi assim que ele postulou a Primeira Lei de Ohm, suas experiencias com diferentes comprimentos e espessuras de fios elétricos, foi crucial para que postulasse a Segunda Lei de Ohm. Nela a resistência elétrica do condutor dependendo da cons- tituição do material é proporcional ao seu comprimento, ao mesmo tempo ela é inversamente proporcional á sua área de secção transversal. As leis de Kirchhoff são utilizadas para encontrar as intensidades das correntes em circui- tos elétricos que não podem ser reduzidos a circuitos simples. Constituídas por um conjunto de regras elas foram concebidas em 1845 pelo físico alemão Gustav Robert Kirchhoff (1824- 1887), quando ele era estudante da Universidade de Konigsberg. A 1ª lei de Kirchhoff é chamada de lei dos Nós, que se aplica aos pontos do circuito onde a corrente elétrica se divide, ou seja, nos pontos de conexão entre três ou mais condutores (NÓS). Já a 2ª lei é chamada de lei das Malhas, sendo aplicadas aos caminhos fechados de um circuito, os quais são chamados de malhas. 2 1.2 OBJETIVOS Essa atividade tem como intuito colocar em prática todos os conceitos abordados na disciplina de eletricidade, como lei de Ohm, leis de Kirchhoff, divisor de tensão, divisor de corrente, fundamento de resistores, capacitores e indutores. 1.2.1 Objetivo geral Realizar quatro experimentos teóricos e práticos, simulados no software MultiSim e uti- lizando o Kit Thomas Edson, e calcular a % de erro do experimento prático e teórico. 1.2.2 Objetivos específicos • Analisar o comportamento da corrente e tensão em cum circuito em função da va- riação das tensões e resistências, confrontar os valores obtidos de forma teórica, no simulador e no prático utilizando o protoboard, calcular a % e erro dos valores teó- ricos e práticos obtidos e justificar a diferença. • Calcular a tensão dos Nós utilizando método nodal e divisor de tensão, calcular as correntes utilizando o divisor de corrente, e obter as correntes e tensões pelo equiva- lente de Thevenin. 3 2 METODOLOGIA Foi montado no protoboard e simulador Multisim, quatro experimentos compostos por resistores de 560Ω, 1KΩ, 2.2KΩ, 4.7KΩ e 6.8KΩ. Medir a tensão e a corrente que passa por cada um dos circuitos aplicando varias tensões diferentes são elas 0VCC, 5VC, 7VCC, 10VCC e 12VCC, essas tensões irão ser ajustadas com um variador de tensão do Kit Thomas Edson, cada tensão ajustada nos dará um resultado, aplicando todas as tensões pedidas pelo experi- mento iremos confrontar os valores dados pelo software Multisim, pelo teórico calculado e pelo experimento realizado em bancada. Experiência 1: Lei de Ohm Fig. 1 Tabela com os valores obtidos durante o experimento. I (A) %ERRO V1 (V) R1 A Teórica calculada B Simulada no multisim C Experimental utilizando kit D Erro experi- mental %Erro 0 560Ω 0 0 0 0 5 560Ω 8,9285mA 8,9286mA 8,91mA 0,21 7 560Ω 12,5mA 12,500mA 12,55mA -0,4 10 560Ω 17,857 mA 17,857mA 18,21mA -1,97 12 560Ω 21,428mA 21,429mA 21,4mA 0,13 4 Fotos dos circuitos montados no simulador MultiSim, com os valores de tensão e corrente dos respectivos circuitos. Fig. 2 Tensão 0V com resistência de 560 Ω Fig. 3 Tensão de 5V e resistência 560 Ω 5 Fig. 4 Tensão de 7V e resistência 560 Ω Fig. 5 Tensão de 10V e resistência 560 Ω 6 Fig. 6 Tensão de 12V e resistência 560 Ω Fotos dos circuitos montados com o Kit Thomas Edson, com os valores de tensão e corrente dos respectivos circuitos. Fotos dos experimentos circuito com resistências de 560Ω e tensão 0V. Fig. 7 - Tensão circuito 0V Corrente (A) com 0V 7 Fotos dos experimentos circuito com resistências de 560Ω e tensão 5V. Fig. 8 – Tensão circuito 5V Corrente (A) com 5V Fotos dos experimentos circuito com resistências de 560Ω e tensão 7V. Fig. 9 – Tensão circuito 7V Corrente(A) com 7V Fotos dos experimentos circuito com resistências de 560Ω e tensão 10V. Fig. 10 – Tensão circuito 10V Corrente (A) com 10V 8 Fotos dos experimentos circuito com resistências de 560Ω e tensão 12V. Fig. 11 – Tensão circuito 12V Corrente (A) com 12V Gráfico de relação entre tensão e corrente. TENSÃO (V) CORRENTE (A) 0 0 5 8,9285 7 12,5 10 17,857 12 21,428 0 2 4 6 8 10 12 14 0 5 10 15 20 25 TE N SÃ O (v ) CORRENTE (A) Título do Gráfico V 0 I 0 V 5 I 8.9285 V 7 I 12.5 V 10 I 17.857 V 12 I 21.428 9 Utilizando os valores de tensão e correntes obtidas experimentalmente calcule o valor real dos resistores. I (A) R Ω V1 (V) R1 Resis- tor utili- zado A Experimen- tal utilizando kit Valor real da Resistencia utilizada R= ∆V ∆I 0 560Ω 0 0 / 0 0 5 560Ω 8,91mA 5 / 8,91 561Ω 7 560Ω 12,55mA 7 / 12,55 557Ω 10 560Ω 18,21mA 10 / 18,21 549Ω 12 560Ω 21,4mA 12 / 21,4 560Ω Calcule a potência dissipada pelo resistor em cada uma das medições sabendo que P = VxI. I (A) P (W) %ERRO V1 (V) R1 A Teórica calculada B Simulada no multisim C Experimental utilizando kit D Teórica calculada E Simulada no multisim F Experimen- tal utilizando kit G Erro experi- mental %Erro 0 560Ω 0 0 0 0 0 0 0 5 560Ω 8,9285 8,9286 8,91 44,6425 44,643 44,55 0,2 7 560Ω 12,5 12,5 12,55 87,5 87,5 87,85 -0,4 10 560Ω 17,857 17,857 18,21 178,57 178,57 182,1 -1,97 12 560Ω 21,428 21,429 21,4 257,148 257,148 256,8 0,13 Justifique a diferença entre os valores teóricos e experimentais. A diferença de corrente se dá em função de vários fatores, um deles é o regulador de tensão variável não ter a mesma precisão do software Multisim, existe uma tolerância de +/- 5% na construção de um resistor, outros fatores estão relacionados a temperatura ambiente e umidade relativa do ar. 10 Experiência 2: Divisor de Tensão Fig. 12 Calcule o valor teórico de cada uma das tensões e corrente do circuito. VALORES TEORICOS V1 (V) VR1 (V) VR2 (V) VR3 (V) I (A) 5 632,91mV 1,3924V 2,9746V 632,91µA 7 886,07mV 1,9493V 4,1645V 886,07µA 10 1,2658V 2,7848V 5,9493V 1,2658mA 12 1,5189V 3,3417V 7,1392V 1,5190mA Utilizando o Multisim, simule o circuito modificando os parâmetros de tensão e preencha a tabela. 11 Fig. 13 Tensão de 5V e com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω Fig. 14 Tensão de 7V e com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω 12 Fig. 15 Tensão de 10V e com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω Fig. 16 Tensão de 12V e com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω 13 Tabela de valores simulado no Multisim VALORES SIMULADOS V1 (V) VR1 (V) VR2 (V) VR3 (V) I (A) 5 632,91mV 1,3924V 2,9747V 632,91µA 7 886,08mV 1,9494V 4,1646V 886,08µA 10 1,2658V 2,7848V 5,9494V 1,2658mA 12 1,5190V 3,3418V 7,1392V 1,5190mA Tabela de valores experimentais. VALORES EXPERIMENTAIS V1 (V) VR1 (V) VR2 (V) VR3 (V) I (A) 5 0,58V 1,40V 3,17V 0,670mA 7 0,897V 1,91V 4,11V 0,903mA 10 1,22V 2,56V 5,70V 1,261mA 12 1,535V 3,11V 6,86V 1,535mA Fotos dos experimentos circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω e tensão 5V. Fig. 17 - Tensão circuito 5V Tensão do R1 com tensão de 5V 14 Fig. 18 - Tensão R2 com tensão de 5V Tensão R3 com tensão de 5V Fig. 19 – Corrente do circuito com tensão de 5V Fotos dos experimentos circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω e tensão 7V. Fig. 20 - Tensão circuito de 7V Tensão R1 com tensão de 7V 15 Fig. 21 – Tensão R2 com tensão de 7V Tensão R3 com tensão de 7V Fig. 22 Corrente do circuito com tensão de 7V Fotos dos experimentos circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω e tensão 10V. Fig. 23 – Tensão circuito 10V Tensão R1 com tensão de 10V 16 Fig. 23 Tensão R2 com tensão de 10V Tensão R3 com tensão de 10V Fig. 24 Corrente do circuito com tensão de 10V Fotos dos experimentos circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω e tensão 12V. Fig. 25 – Tensão do circuito de 12V Tensão R1 com tensão de 12V 17 Fig. 26 Tensão R2 com tensão de 12V Tensão R3 com tensão de 12V Fig. 27 Corrente de circuito com tensão de 12V Calcule o erro experimental: % Erro V1 (V) %EVR1 %EVR2 %EVR3 %Ecorrente 5 8,36 -0,54 -6,57 -5,86 7 -1,23 2,02 1,31 -1,91 10 3,62 8,07 4,19 0,38 12 -1,06 6,93 3,91 -1,05 Justifique a diferença entre os valores teóricos e experimentais. A diferença de corrente se dá em função de vários fatores, um deles é o regulador de tensão variável não ter a mesma precisão do software Multisim, existe uma tolerância de +/- 5% na construção de um resistor, outros fatores estão relacionados a temperatura ambiente e umidade relativa do ar. 18 Experiência 3: Divisor de Tensão Fig. 28 Calcule a tensão teórica de cada uma das tensões e corrente solicitadas. VALORES TEÓRICOS V1 (V) IR1 (A) IR2 (A) IR3 (A) 5 5 mA 2,2718mA 1,0634mA 7 7mA 3,1827mA 1,4897mA 10 10mA 4,5463mA 2,1280mA 12 12mA 5,4545mA 2,5531mA Utilizando o muiltisim, simule o circuito modificando os parâmetros de tensão e preencha a tabela. VALORES SIMULADOS V1 (V) IR1 (A) IR2 (A) IR3 (A) 5 5 mA 2,2727mA 1,0638mA 7 7mA 3,1818mA 1,4894mA 10 10mA 4,5455mA 2,1277mA 12 12mA 5,4545mA 2,5532mA 19 Fig. 29 - Tensão de 5V e com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω Fig. 30 - Tensão de 7V e com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω 20 Fig. 31 - Tensão de 10V e com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω Fig. 32 - Tensão de 12V e com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω 21 Valores das correntes experimentais. VALORES EXPERIMENTAIS V1 (V) IR1 (A) IR2 (A) IR3 (A) 5 5,06 mA 2,39mA 1,039mA 7 7,03mA 3,06mA 1,434mA 10 10,11mA 4,46mA 2,07mA 12 12,01mA 5,29mA 2,33mA Fotos dos experimentos circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω e tensão 5V. Fig. 33 – Tensão 5V Corrente R1 com tensão 5V Fig. 34 Corrente R2 com tensão de 5V Corrente R3 com tensão 5V 22 Fotos dos experimentos circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω e tensão 7V. Fig. 35 - Tensão 7V Corrente R1 com tensão de 7V Fig. 36 – Corrente R2 com tensão de 7V Corrente R3 com tensão de 7V Fotos dos experimentos circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω e tensão 10V. Fig. 37 – Tensão 10V Corrente R1 com tensão de 10V 23 Fig. 38 – Corrente R2 com tensão 10V Corrente R3 com tensão 10V Fotos dos experimentos circuito com resistênciasde 1k Ω, 2,2k Ω e 4,7k Ω e tensão 12V. Fig. 39 – Tensão 12V Corrente R1 com tensão de 12V Fig. 40 – Corrente R2 com tensão de 12 V Corrente R3 com tensão de 12V 24 Calcule o erro experimental % ERRO V1 (V) %EIR1 %EIR2 %EIR3 5 -1,2 -5,2 2,29 7 -0,42 3,85 3,73 10 -1,1 1,9 2,73 12 -0,08 3,02 8,74 Justifique a diferença entre os valores teóricos e experimentais. A diferença de corrente se dá em função de vários fatores, um deles é o regulador de tensão variável não ter a mesma precisão do software Multisim, existe uma tolerância de +/- 5% na construção de um resistor, outros fatores estão relacionados a temperatura ambiente e umidade relativa do ar. Experiência 4: Equivalente de Thevenin Fig. 41 Utilizando o método de analise nodal, calcule os valores teóricos de todas as correntes, tensões circuito e obtinha circuito equivalente de Thevenin. 25 I (A) %ERRO A Teórica calculada B Simulada no multisim C Experimen- tal utilizando kit D Erro experi- mental %Erro I1 3,23 3,2195 3 7,12 I2 1,289 1,2912 1,11 13,88 I3 1,923 1,9283 1,95 -1,4 I4 2,625 2,6101 1,13 56,95 I5 4,539 4,5383 2,77 38,97 V1 8,77 8,7805 8,76 0,11 V2 4,539 4,5384 4,45 1,96 VR1 3,23 3,2195 2,81 13,00 VR2 8,77 8,7805 8,79 -0,22 VR3 4,231 4,2422 3,39 19,87 VR4 1,461 1,4617 0,58 60,3 VR5 4,539 4,5383 2,74 39,63 VR6 4,539 4,5383 2,76 39,19 VTH 4,539 4,5383 2,77 38,97 Utilizando o multisim, simule o circuito e obtenha os valores das correntes, tensões nos resistores e a tensão equivalente de Thevenhin. Experimento no circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω, 6,8k Ω e 560 Ω uma fonte de tensão 12V e uma de 6V. Fig. 42 26 Experimento no circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω, 6,8k Ω e 560 Ω uma fonte de tensão 12V e uma de 6V. Fig. 43 Utilizando o multímetro, meça os valores das correntes, tensões nos resistores, da tensão equivalente de Thevenin, da resistência equivalente de Thevenin. Fotos do experimento no circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω, 6,8k Ω e 560 Ω uma fonte de tensão 12V e uma de 6V. Fig. 44 Tensão de 12 V. Corrente I1 27 Fotos do experimento no circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω, 6,8k Ω e 560 Ω uma fonte de tensão 12V e uma de 6V. Fig. 45 – Corrente I2 Corrente I3 Fotos do experimento no circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω, 6,8k Ω e 560 Ω uma fonte de tensão 12V e uma de 6V. Fig. 46 – Corrente I4 Corrente I5 Fotos do experimento no circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω, 6,8k Ω e 560 Ω uma fonte de tensão 12V e uma de 6V. Fig. 47 – Tensão V1 Tensão V2 28 Fotos do experimento no circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω, 6,8k Ω e 560 Ω uma fonte de tensão 12V e uma de 6V. Fig. 48 – Tensão VR1 Tensão VR2 Fotos do experimento no circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω, 6,8k Ω e 560 Ω uma fonte de tensão 12V e uma de 6V. Fig. 49 – Tensão VR3 Tensão VR4 Fotos do experimento no circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω, 6,8k Ω e 560 Ω uma fonte de tensão 12V e uma de 6V. Fig. 50 – Tensão VR5 Tensão VR6 29 Fotos do experimento no circuito com resistências de 1k Ω, 2,2k Ω, 6,8k Ω e 560 Ω uma fonte de tensão 12V e uma de 6V. Fig. 51 – Tensão Vth Tensão Vth no circuito equivalente de Thevenin Fig. 52 – Corrente Ith no circuito equivalente de Thevenin Justifique a diferença entre os valores teóricos e experimentais. A diferença de corrente se dá em função de vários fatores, um deles é o regulador de tensão variável não ter a mesma precisão do software Multisim, existe uma tolerância de +/- 5% na construção de um resistor, outros fatores estão relacionados a temperatura ambiente e umidade relativa do ar. 30 3 CONCLUSÕES Nesta atividade foram realizados experimentos com circuitos elétricos, aproximando a teoria com a pratica experimental, utilizando conceitos da lei de Ohm, leis de Kirchhoff. Foram realizados experimentos no software do Multisim em 4 experimentos diferentes, nos mostrando a diferença entre a simulação de um circuito dentro do software e na pratica, nos mostrando a diferença dos resultados teóricos e do simulador. Este conceito vai facilitar o entendimento do aluno no decorrer do curso tornando assim mais fácil o entendimento sobre o assunto, sendo também muito valido para a vida profissional nos tornando cada vez mais capacitado para o mercado de trabalho. 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Toda Matéria https://www.todamateria.com.br/leis-de-ohm/ MultiSim https://www.multisim.com https://www.todamateria.com.br/leis-de-ohm/ https://www.multisim.com/create/
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