Circuitos RL

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Relatório referente a prática 1 da cadeira de Eletricidade & Magnetismo III (Opcional) do Curso de Licenciatura em Física UFC.

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Circuitos RL

  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LICENCIATURA PLENA EM FÍSICA Prática 1: Circuito RL Elissandro Aquino Mendes(343766) Disciplina: Eletricidade e Magnetismo III Professor: Afrânio Fortaleza 2014
  2. 2. Objetivos - Estudar o circuito RL; - Estudar a associação de indutores em série e em paralelo; - Determinar a constante de tempo indutiva do circuito RL; Material - Gerador de funções; - Indutores (3 de 22 mH); - Resistores (470 Ω, 1 k Ω, 1.8 k Ω); - Cabos pequenos (cinco); - Cabo para saída do gerador de funções (BNC-2 Jacarés); - Ponte de prova para osciloscópio; - Multímetro digital; Fundamentos Nessa prática iremos estudar o comportamento de um circuito muito importante na eletrônica e em nosso dia a dia. Mesmo passando desapercebido o circuito RL, assim chamado por conter como componentes um resistor e um indutor, está presente em praticamente todos os nossos aparelhos elétricos e eletrônicos, exemplo, há circuitos RL nos computadores, aparelhos de som e mesmo nas lâmpadas flourescentes mais antigas. O indutor tem como característica se opor, devido a lei de Lenz, a uma variação rápida da corrente que passa por ele. Esse detalhe faz todo diferença e faz surgir comportamentos únicos e interessantes que veremos nos circuitos RL. Na prática iremos realizar medidas das tensões nos diversos componentes dos circuitos e assim iremos notar o comportamento do indutor relatado acima. Os indutores teem uma grandeza característica que nos dá a intensidade com o que irá responder a alteração da corrente. Essa grandeza chama-se auto-indutância ou indutância, representada comumente pela letra L, e medida em Henry (H). Assim como Farad (F), unidade de medida de capacitância, o Henry (H) é uma unidade grande, ou seja ter um indutor de 1H é complicado devido as dimensões e/ou características física de construção do mesmo, portanto, normalmente iremos nos deparar com submultiplos do Henry, tais como mili henry (mH) ou mesmo pico Henry (pH).
  3. 3. Procedimentos 1. Realizamos cuidadosamente as medidas dos valores reais das resistências que serão utilizadas. Tivemos que realizar a troca do multímetro devido a problemas apresentados na escala de 2k. Mesmo procedimento realizado com os indutores. Assim obtivemos os resultados das tabelas a seguir: Tabela 1.1 Valor das resistências. RNominal (훀) 470 1k 1.8k RMedido (훀) 490 1013 1767 Tabela 1.2 Valores das resistências dos indutores. Indutor 1 Indutor 2 Indutor 3 RMedido (훀) 49,4 48,7 48,1 2. Com ajuda do funcionário auxiliar de laboratório, realizamos o ajuste dos parâmetros do osciloscópio. Esse aparelho teve também que ser substituido uma vez, pois, não estava atendendo corretamente ao ajuste nos parâmetros Wave e Range. Por fim, o ajuste foi realizado para que obtivessemos uma onda quadrada tendo 6 Vpp e uma frequencia de 2 kHz. Citamos que a forma da onda não ficou perfeitamente quadrada, porém, em comum acordo aceitamos esse pequena discrepância e vimos que ela não alterou os resultados da prática. Realizamos um ajuste na posição horizontal do sinal para que tivessemos uma referêncis perfeita para as leituras dos demais procedimentos. 3. Ajustamos as escalas de tempo, eixo X, e de tensão, eixo Y, obtendo a forma de onda reproduzida abaixo:
  4. 4. 4. Realizamos a montagem do circuito esquematizado abaixo: 5. Realizamos as devidas observações no osciloscópio realizando ajustes finos quando necessário. Tivemos o cuidado de desenhar a onda considerandos as escalas nos eixos X e Y. Reproduzimos abaixo as formas de onda visualizadas:
  5. 5. 6. Realizamos os ajustes solicitados no procedimento, alterando a frequencia de varredura do osciloscópio para 10 kHz. Abaixo reproduzimos as visualizações: 7. Realizamos a substituição do resistor de 470 para o de 1,8 k. Tivemos que realizar um pequeno ajuste na frequência, pois, seu valor acabou alterando-se durante a troca do resistor. Realizamos as observações e as exibimos abaixo:
  6. 6. 8. Substituimos o indutor pelo conjunto de 2 indutores em paralelo, E conforme a forma de onda visualizada, exibida abaixo, encontramos os seguintes: VL (t = 0) = V0 = 4,8 V VL (t = 50 휇푠) = 0,4 V Segue onda visualizada:
  7. 7. 9. Alterando a configuração de forma a termos os 3 indutores em série, obtivemos os valores e forma de onda abaixo explicitados: VL (t = 0) = V0 = 4,4 V VL (t = 50 휇푠) = 0,8 V Segue forma onda visualizada: Questionário (perguntas) 1. Determine experimentalmente a constante de tempo indutiva do circuito da figura 1.5. Para isso, obtenha dados do gráfico de VL versus t, Figura 1.6 (a), e substitua na equação 1.7. Compare o resultado com o valor nominal calculado. 2. Mostre que a indutância equivalente, Leq, de dois indutores L1 e L2 conectados em paralelo é dada por 1/ Leq = 1/L1 + 1/L2. 3. Dos resultados experimentais do procedimento 8, determine a indutância equivalente dos dois indutores conectados em paralelo. O resultado é compatível com a expressão obtida na questão anterior ? 4. Mostre que a indutâncis equivalente, Leq, de dois indutores L1 e L2 conectados em série é dada por Leq = L1 + L2. 5. Dos resultados experimentais do procedimento 9, determine a indutância equivalente dos dois indutores conectados em série. O resultado é compatível com a expressão obtida na questão anterior ?
  8. 8. Questionário (respostas)
  9. 9. Conclusão A prática se mostrou bastante instrutiva e podemos estabelecer e verificar o comportamento, tanto do transiente que age num circuito RL, quanto do estado estacionário que se fixa quando o tempo é suficiente, ou seja, da ordem da constante de tempo indutiva. Também pudemos notar a diferença entre o valor teórico da tensão e o real, pois, na prática os indutores apresentam uma resistência interna que causa essa diferença. Bibliografia Fisica IV, Sears & Semansky 12ed. Física Básica, Moysés Nussenzveig.

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