Física Eletricidade

O roteiro como a instituição entrega

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CAPACITORES

Neste experimento você irá explorar as propriedades de um capacitor através da determinação das constantes de tempo.

Diretrizes Gerais

• Materiais necessários
• Fonte de tensão;
• Voltímetro ou multímetro digital;
• Capacitor;
• Resistor;
• Protoboard;
• Cronômetro; • Chave alavanca;
• Fios de ligação.
• Procedimentos

Passo 1:

Monte o circuito na protoboard 2, de acordo com o esquemático que pode ser visualizado na janela “Circuitos”, selecionando os componentes na maleta;

Passo 2:

Utilizando o protoboard 2 e o cronômetro, meça o tempo de carga total do capacitor

Passo 3:

Descarregando o capacitor, meça o tempo de descarga total do capacitor.

Passo 4:

Analisando os componentes da protoboard 2, calcule o valor teórico da constante de tempo do circuito.

TUTORIAL LAB VIRTUAL

INTRODUÇÃO

Conhecendo o laboratório virtual.

O capacitor é um dispositivo elétrico que apresenta característica capacitiva, ou seja, de armazenamento de cargas elétricas. E neste experimento, para poder determinar as propriedades de um capacitor, você deverá encontrar o tempo de carga e descarga dele, além da resistência interna do multímetro utilizado para efetuar as medições de tensão.

No início do experimento é vista uma notificação onde é informado que ao pressionar a letra “H” do teclado será possível visualizar os itens que você pode interagir ao longo da realização do experimento, além da indicação de como utilizar corretamente o mouse.

Na tela inicial é possível visualizar os dois conjuntos, cada um com um multímetro e protoboard.

O número 1 (esquerda) já com seu circuito montado, apresenta uma medida no multímetro. O número 2 (direita) será utilizado para realizar a montagem do circuito no qual serão realizadas as medições com o multímetro.

1 2 1 2

Para acionar o cronômetro, clique com o botão esquerdo do mouse sobre o botão “start” localizado no display do cronômetro ou utilize a tecla “P”.

Para pausar a medição, clique com botão esquerdo do mouse sobre o botão “Pause” disposto no display do cronômetro ou clique novamente na tecla “P”.

Você poderá zerar o cronômetro clicando com o botão esquerdo do mouse no botão “X”.

PASSO 1

Montando o circuito

Para a realização do experimento, você precisará montar os componentes elétricos no protoboard 2.

Inicialmente, você deverá ver o circuito a ser montado. Para isso, acesse a opção de câmera “Circuitos”.

Observe o circuito referente ao protoboard 2 (direita).

Importante: Perceba que de acordo com o esquemático, a chave possui os terminais 1, 2 e 3. Quando a chave se encontra posicionada para esquerda, os contatos 1 e 3 estão conectados e quando a chave se encontra para direita, os contatos 1 e 2 estão conectados.

1 1 2 2 3 3 1 1 2 2 3 3

Utilizando o circuito proposto nos esquemáticos, você deverá selecionar os componentes e inseri-los no protoboard.

Para visualizar os componentes a serem utilizados na montagem do circuito, acesse a opção de câmera “Maleta”.

Os componentes podem ser identificados na caixa de informação que aparece ao se posicionar a seta do mouse sobre o componente desejado.

Na montagem do circuito no protoboard 2 serão usados: um capacitor de 20mF e um resistor de 90 kW.

Para adicionar o componente na protoboard, clique com o botão esquerdo do mouse sobre o componente desejado.

Inicialmente, posicione o resistor no protoboard.

Importante: Perceba que são exibidas duas opções onde o resistor pode ser inserido no circuito. Verifique o esquemático e escolha a opção que se adequa ao circuito indicado.

Esta escolha verifica se o esquemático fornecido foi interpretado corretamente. Caso tenha escolhido a posição errada para o resistor ou para o capacitor, um aviso será indicado na tela.

Insira o resistor na posição adequada.

Observe que o resistor é posicionado no protoboard.

Acessando novamente a opção de câmera “Maleta”, selecione o capacitor para inseri-lo no protoboard.

Posicione o capacitor de acordo com o esquemático fornecido.

Veja que o capacitor foi posicionado no protoboard.

Em seguida, acesse a opção de câmera “Protoboard 2” e observe o circuito montado.

Para obter as informações acerca de cada componente, posicione a seta do mouse sobre o componente desejado e leia a caixa de informações.

Para voltar a tela inicial do experimento, acesse novamente a opção de câmera “Bancada”

Passo 2

Carregando o capacitor

Neste passo é utilizado o circuito 2.

Para carregar o capacitor, clique com o botão esquerdo do mouse sobre a chave alavanca indicada pela seta.

Simultaneamente ao acionamento da chave, ative o cronômetro para medir o tempo em que o capacitor leva para ser carregado.

Observe que ao ativar a chave alavanca (fechando o circuito), o capacitor começa a ser carregado.

O multímetro começa a realizar a medição da tensão. Veja também o tempo do cronômetro.

Anote o valor da tensão apresentada pelo multímetro e o tempo que o capacitor leva para carregar totalmente.

Repita a instrução anterior até preencher a tabela e por fim calcule a média dessas medições, encontrando assim a constante de tempo através do tempo de carregamento do capacitor.

Passo 3

Descarregando o capacitor

Neste passo é utilizado o circuito 2. Para descarregar o capacitor, clique com o botão esquerdo do mouse sobre a chave alavanca indicada pela seta.

Simultaneamente ao acionamento da chave, ative o cronômetro para medir o tempo que o capacitor leva para ser descarregado.

Observe que ao desativar a chave alavanca (abrindo o circuito), o capacitor começa a ser descarregado.

O multímetro começa a realizar a medição da tensão. Veja também o tempo do cronômetro.

Repita a instrução anterior até preencher a tabela e por fim encontre a média dessas medições, encontrando assim a constante de tempo pelo tempo de descarregamento do capacitor.

Passo 4

Encontrando a constante de tempo

Agora será calculado o valor da constante de tempo de forma teórica, sendo este valor comparado àquele encontrado experimentalmente.

A constante de tempo de um circuito RC é dada por:

Onde: τ é a constante de tempo em segundos;

R é a resistência em ohms;

C é a capacitância em farads.

Utilizando os dados do circuito 2 e ignorando a resistência interna do multímetro (devido à sua influência desprezível no cálculo da constante de tempo) encontre: