Experimento 5 - Carga e descarga de capacitores (1)

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Física Experimental II - INFIS 39004
Prof° Omar de Oliveira Diniz Neto
Experimento 5 - Carga e descarga de capacitores
São Paulo, 20 de agosto de 2021
Raul Nicolini Rodrigues
Matrícula 12011EBI027
Resumo
Os capacitores são importantes para armazenar uma devida quantidade de carga.
Sabendo disso, este relatório busca evidenciar quanto tempo um desses componentes demora
para ser carregado e descarregado completamente, a partir de circuito elétrico e com um
osciloscópio como mostrado pelo vídeo [1].
Introdução Teórica
Como ilustrado pela Figura 1, os circuitos RC são conhecidos por possuírem um
capacitor, um resistor e fonte de tensão. Quando a chave está ligada em 1 o capacitor C é
carregado até que a d.d.p no circuito se torne 0V. Por outro lado, quando a chave conecta-se
em 2 o capacitor descarrega sua energia, ou seja ele atuará como uma fonte de tensão que
varia.
Figura 1. Circuito RC com capacitor
Fonte: [2]
A função carga do capacitor é dada por:
Q(t)=VC(1-e-t/RC) [3]
Na qual Q(t) é a carga do capacitor que varia conforme o tempo t, em V, V é a força
eletromotriz, C a capacitância e R a resistência.
Procedimento Experimental
● Materiais
- Osciloscópio;
- Capacitor;
- GF320 Function Signal Generator;
- Resistor de 10kΩ;
- Protoboard;
● Metodologia
No protoboard foi colocado o GF320 Function Signal Generator gerando uma onda
quadrada, em série também foram dispostos o resistor de 10kΩ com o capacitor, com a
finalidade de montar um circuito fechado. Posteriormente, o Osciloscópio foi ligado aos
terminais do capacitor para medir a tensão. Assim, com o circuito montado a d.d.p do
capacitor foi mensurado pelos cursores analógicos do Osciloscópio, assim os dados foram
dispostos na Tabela 1.
Dados experimentais
Tabela 1. Tempo de carga e descarga do capacitor
Carga
t (ms) V (mV)
0 26.08
0.04 100.08
0.08 165.09
0.13 234.73
0.22 332.47
0.34 416.93
0.5 458.00
Descarga
t (ms) V (mV)
0 458.00
0.04 346.06
0.08 243.99
0.13 145.94
0.22 78.01
0.34 35.08
0.5 8.06
A partir dos dados da Tabela 1 foi possível gerar os gráficos de dispersão das Figuras
2 e 3.
Figura 2. Carga do capacitor no circuito RC
Figura 3. Gráfico de descarga do capacitor no circuito RC
Cálculos
Desenvolvendo a função da carga temos: C=t/(RlnVc), no qual Vc é a média das
tensões experimentais no capacitor. Logo para descarga C=t(Rln(Vc-V)) e V é a tensão
máxima aplicada no capacitor, e também que Vc=V(1-e-t/T)
- Para carga do capacitor:
Vc=V(1-e-t/T)=> 332,47.10^-3=458.10^-3(1-e-0,22.10^-3/T) => T=1,73.10-4s
- Para descarga do capacitor:
(V-Vc)=V(1-e-t/T’) => 78,01.10^-3=458.10^-3(1-e-0,22.10^-3/T’) =>T’=1,75.10-4s
Conclusão
Em vista dos resultados foi possível constatar o funcionamento do capacitor como
previsto na teoria, logo ele possui um comportamento de curva não linear dada a disposição
da curva. Além disso, o tempo para carregar o capacitor é semelhante ao tempo de descarga
dada a aproximação T=T’.
Referências
[1] PIOVESAN, E. 03 CARGA E DESCARGA. Stream. Disponível em: <Watch '03
CARGA E DESCARGA' | Microsoft Stream>. Acesso em: 20 de agosto de 2021.
[2] ENGENHEIRANDO. Dedução das equações de carga e descarga dos capacitores
utilizando equações diferenciais de primeira ordem. Disponível em: <Dedução das
equações de carga e descarga dos capacitores utilizando equações diferenciais de primeira
ordem | Engenheirando (wordpress.com) >. Acesso em: 20 de agosto de 2021.
https://web.microsoftstream.com/video/639eb778-f02d-4150-a7e0-fedaa76b3b88
https://web.microsoftstream.com/video/639eb778-f02d-4150-a7e0-fedaa76b3b88
https://camilasoares.wordpress.com/2009/04/07/deducao-das-equacoes-de-carga-e-descarga-dos-capacitores-utilizando-equacoes-diferenciais-de-primeira-ordem/
https://camilasoares.wordpress.com/2009/04/07/deducao-das-equacoes-de-carga-e-descarga-dos-capacitores-utilizando-equacoes-diferenciais-de-primeira-ordem/
https://camilasoares.wordpress.com/2009/04/07/deducao-das-equacoes-de-carga-e-descarga-dos-capacitores-utilizando-equacoes-diferenciais-de-primeira-ordem/
[3] HALLIDAY. Fundamentos da Física. Vol.3. 8° ed. Ed. LTC: Rio de Janeiro, 2009.