07 Circuito RC

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
UNIDADE ACADÊMICA DE FÍSICA
LABORATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II
PROFESSOR: Pedro Luiz do Nascimento TURMA: 07
ALUNO: Saulo Victor Barbosa Sicupira
MATRÍCULA: 119210470
CIRCUITO RC
CAMPINA GRANDE – PB
Abril, 2021
UFCG / CCT / UAF - DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL II 
PROFESSOR: Pedro Luiz do Nascimento DATA: 09/03 PERÍODO: 2021.1
ALUNO(A): Saulo Vitor Barbosa Sicupira TURMA: 07
1. INTRODUÇÃO
Um capacitor é composto por duas placas metálicas, separadas por um material isolante chamado dielétrico (papel, cerâmica, plástico ou até mesmo o ar). Sua função é armazenar energia elétrica por um período determinado pelas características do circuito, até que este seja interrompido ou a fonte desligada. Capacitância ou capacidade (C), medida em farads (F), é a propriedade que estes dispositivos têm de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático e está relacionada com a geometria das placas e a constante dielétrica do meio isolante usado entre as placas. É medida pela seguinte fórmula:
Onde q é a quantidade de carga armazenada em coulombs (C) e V é a diferença de potencial ou tensão que existe entre as placas em volts. Quando ligamos um circuito com uma resistência R a tensão se eleva instantaneamente ao seu valor máximo. Mas quando inserimos um capacitor neste circuito a tensão demora certo tempo para assumir seu valor máximo V0. O circuito da Figura 1 contém uma fonte de cc, um resistor e um capacitor C, em série
Figura 1: Esquema de carga e descarga de um capacitor
No processo de carga de um circuito RC os comportamentos da tensão e corrente se invertem. Ao ligarmos um circuito RC a tensão demora algum tempo para atingir o seu valor máximo. O circuito RC mais simples é aquele constituído por um capacitor inicialmente carregado com uma tensão V0 descarregando sobre um resistor (chave S no ponto b da Figura1). Todo o desenvolvimento mostrado para um capacitor se carregando vale também para um capacitor se descarregando.
Quando se descarrega um capacitor sua carga não cai à zero instantaneamente, mas decai exponencialmente. Neste experimento verificaremos a relação entre os processos de carga e descarga de um capacitor em um circuito RC e sua respectiva constante de tempo τ definida acima. Podemos mostrar que o tempo de descarga de um capacitor é igual ao tempo de carga desde que seja feito nas mesmas condições, ou seja, em um circuito com a mesma resistência R. Na Figura 2 são apresentadas as curvas correspondentes às duas situações estudadas.
Figura 2: V x t nas duas situações de carga e descarga do capacitor C.
OBJETIVOS:
O experimento possui como objetivo determinar a constante de tempo de descarga de um circuito RC série e analisar o comportamento transitório de um circuito RC no Osciloscópio.
MATERIAL UTILIZADO:
· Osciloscópio; 
· Gerador de ondas quadradas e senoidais; 
· Painel com plugs de conexão e cabos de ligação; 
· Fonte de tensão; 
· Micro amperímetro; 
· Resistor e capacitor.
2. DESENVOLVIMENTO
PREPARAÇÃO – CIRCUITO RC
1. Quais as diferenças, basicamente, de um resistor para um capacitor?
Enquanto que o resistor tem como principal função causar a queda de potencial num determinado ponto do circuito e converter energia elétrica em energia térmica, o capacitor procura armazenar carga elétrica em suas placas, através de um campo elétrico. O resistor representa um valor constante entre a tensão e a corrente, já o capacitor representa um valor constante entre a carga e a tensão, logo a diferença básica entre os dois é que um é diretamente proporcional à tensão e o outro inversamente proporcional. 
2. As cargas não podem atravessar o capacitor e, no entanto, pode haver corrente no circuito RC. Não há nisto uma incoerência? Explique 
Não, não há incoerência alguma quando o capacitor está descarregado, em cada
placa, o número de cargas positivas é igual ao número de cargas negativas, ou seja,
existe equilíbrio eletrostático entre as placas. Ao aplicarmos uma força eletromotriz ao
circuito, a mesma faz com que os elétrons saiam da placa superior e se dirijam a placa
inferior através do fio, ou seja, esse movimento de cargas pode ser representado pela
corrente I no sentido anti-horário
3. Quais as características qualitativas e quantitativas da corrente num circuito RC série? 
Qualitativas: pode assumir valor positivo (carga) ou negativo (descarga), ou
seja, sentidos anti-horário e horário respectivamente.
Quantitativas: o valor da corrente varia exponencialmente em função do tempo
t, como pode ser observado pela fórmula abaixo.
4. Que diferença há entre a corrente de carga e a de descarga no circuito RC série? Qual o significado especial que possui o tempo RC no circuito resistivo-capacitivo? Quais são os valores das tensões VR e Vc no momento em que t = RC, durante o carregamento do capacitor? Quantas vezes o fator RC será necessário para a corrente no circuito atingir o valor mínimo? 
5. No descarregamento, o que é feito da energia U = q2 /2C acumulada no capacitor? 
Estando a f.e.m. desligada, as cargas voltarão ao equilíbrio com os elétrons caminhando da placa inferior para a placa superior, através do fio, fornecendo uma corrente no sentido anti-horário, até atingir a situação de equilíbrio (q = 0)
6. Para um circuito RC série o que pode-se afirmar com relação ao tempo de carga para um valor de R muito pequeno e R muito grande
A constante de tempo é um dado importante, pois conhecendo-se o seu valor, pode-se avaliar a rapidez com que ocorre o descarregamento
a) Descreva detalhadamente a realização do experimento.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
Medição do Tempo RC (Carregamento) 
1. Analise o circuito para carregar o capacitor. Observe cuidadosamente as polaridades da fonte, do amperímetro e do capacitor. Fechando o circuito, ligue a chave S na posição a, e observe no micro amperímetro o comportamento da corrente
2. No instante que a chave for conectada na posição a o cronômetro é acionado. A partir daí analise os valores simulados da corrente de 10 em 10s, durante cerca de 150 segundos, na Tabela. (Corrente inicial Io=50µA).
1. Observe quantas vezes o fator RC, é necessário para a corrente no circuito estacionar (teoricamente cair a zero).
Medição do Tempo RC (Descarregamento) 
2. Quando a chave da posição a, é desligada, inverte-se as ligações do amperímetro e liga-se a chave na posição b da figura do carregamento do capacitor. Observe no micro amperímetro o comportamento da corrente de descarga. Analise os valores simulados na Tabela de corrente de 10 em 10 s.
5. Faz-se um curto circuito no capacitor (utilizando como resistência para descarga rápida a resistência do próprio fio), para ter certeza de que está descarregado.
6. Por segurança, repete-se 3 vezes o procedimento a partir do item 2, usando os valores médios obtidos para análise e conclusões. O valor inicial da corrente deve ser o mesmo em todos os procedimentos, tanto de cargas como também de descargas
b) Com os valores medidos da tabela construa um gráfico de I em função do tempo (t) para carga e outro para descarga. 
c) Observe que as curvas parecem descrever uma função do tipo exponencial. Faça a linearização da curva que descreve o carregamento, plotando gráfico de ln(I) x t em papel milimetrado ou plote o gráfico I x t em papel mono log.
d) A partir do gráfico em papel mono log, obtenha o valor de RC para o circuito. Compare com o valor obtido pelo produto RC. 
3. CONCLUSÃO
Ao realizar o experimento observou-se na prática o comportamento de um capacitor presente em um circuito RC, submetendo-se à processos de carregamento e descarregamentos consecutivos.
Assim, conclui-se que a instalação de um capacitor trás inúmeras vantagens, uma das principais é a diminuição de perda de energia, porém, vale ressaltar que é importante analisar como o capacitor se encontra no sistema e se sua posição está de acordo com que sua função principal seja alcançada com eficácia.
Poderíamos também medir a diferença do potencialno capacitor em função do tempo. Para isso, se ligássemos um voltímetro em paralelo com o capacitor, então a d.d.p. seria dado pelas equações:
 
Vc(t) = E(1 - e-t/RC)	para o carregamento					
Vc(t) = Ee-t/RC		para o descarregamento