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Universidade S˜ao Judas Tadeu Faculdade de Tecnologia e Ciˆencias Exatas Cursos de Engenharia El´etrica e Computa¸ca˜o
Laborat´ orio de F´ısica II:
Fenˆ omeno Transit´ orio Simples: Página da Circuito W RC Autor: Prof. Luiz de Oliveira Xavier
Aluno
R.A.
-2005-
Turma
Experiˆ encia 9 Fenˆ omeno Transit´ orio Simples: Circuito RC 1. Introdu¸c˜ ao J´a estudamos em teoria, um circuito RC s´erie. Vimos o esquema, as equa¸c˜oes, as solu¸c˜oes, as curvas de carga e descarga do capacitor e interpretamos o produto RC. Com este exerc´ıcio, completaremos o estudo do referido circuito e poderemos comprovar experimentalmente, aquilo que foi mostrado em teoria.
2. Objetivos • Montar circuitos com capacitares; • Levantar as curvas i×t na carga e na descarga; • Obter a constante RC experimentalmente.
3. Material Utilizado • • • • • • • •
Cronˆometro; Fonte regulada de tens˜ao; Miliamper´ımetro; Mult´ımetro; Resistor de 10k; Capacitor eletrol´ıtico; Chave inversora de polaridade; Fios e placas de montagem.
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Fenˆomeno Transit´orio Simples: Circuito RC
4. Procedimento Experimental ˆ ADVERTENCIA: Antes de come¸car o exerc´ıcio, um recado muito importante. O capacitor eletrol´ıtico utilizado tem polaridade. Seu p´olo negativo est´a ”discretamente”marcado com uma tarja preta, onde se destacam sinais negativos. Ao montar o circuito n˜ao ligue esse terminal negativo em pontos positivos porque vocˆe ter´a surpresa desagrad´avel. Conhe¸co aluno que, at´e hoje, est´a procurando pedacinhos do capacitar estourado numa pr´atica em que n˜ao observou esta advertˆencia. 1. Monte o seguinte circuito: Fonte
Miliamperímetro Placa grande
Pino banana (y)
Borne (x)
Pino banana (x)
Chave inversora
Carga
Descarga
Placa com os capacitores
Faca que comuta as ligações
Figura 1: Circuito el´etrico para a leitura da corrente durante a carga de um capacitor. 2. Com a faca da chave inversora na posi¸c˜ao neutra, ligue a fonte e solicite 10 V. Use o mult´ımetro para ajustar essa voltagem, em lugar do medidor da fonte; 3. Agora vocˆe ir´a observar a corrente no circuito, durante a carga no capacitor. Para isso, passe a faca para o contato CARGA e observe o medidor de corrente. O ponteiro d´a um salto, atingindo aproximadamente 1 mA e, em seguida, retorna para ZERO. Inicialmente, a queda de corrente ´e r´apida, mas, depois, torna-se bastante lenta. Procure avaliar o tempo que o ponteiro leva para cair do m´aximo at´e uma ou duas divis˜oes antes de chegar ao zero. Este intervalo de tempo dever´a ser usado para tabelar a corrente tanto na carga como na descarga do capacitor; 4. Sem esperar que o ponteiro chegue a zero, passe a faca para o contato DESCARGA. O capacitor descarregar´a rapidamente e ficar´a pronto para nova carga. Esses itens 3 e 4 ser˜ao a constante desta experiˆencia. De agora em diante, vocˆe ir´a cronometrar o tempo de CARGA do capacitor; 5. Pegue o cronˆometro, zere-o, descarregue o capacitor (se for preciso) e apronte-se para coletar os dados. Quando vocˆe fechar o circuito para carregar o capacitor, dispare o cronˆometro e, de tempos em tempos, leia e anote o valor da corrente. CERTO? 6. Simultaneamente, feche a chave e dispare o cronˆometro, para a carga; 2
Fenˆomeno Transit´orio Simples: Circuito RC 7. Complete a Tabela 1, n˜ao esquecendo de descarregar o capacitor depois de cada carga. As leituras dever˜ao ser feitas na volta do ponteiro, ap´os ter atingido o m´aximo afastamento; Tabela 1: CARGA DO CAPACITOR Corrente i (mA)
Tempo t (s)
1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 ˜ ATENC ¸ AO: procederemos, agora, modifica¸c˜ao no circuito, para coletar dados referentes `a corrente na descarga do capacitor. Basta trocar dois pinos banana de lugar e tudo estar´a pronto. 8. Consulte o circuito da p´agina 1 e fa¸ca as seguintes trocas: tire o pino banana (x) do (+) do medidor de corrente e ligue no borne (x) de placa grande e passe o pino banana (y) para o borne (+) do medidor de corrente, onde estava o pino banana (x); 9. Tudo pronto! Agora vocˆe ir´a cronometrar o tempo de descarga do capacitor como j´a o fez anteriormente. Tabele os tempos de descarga para o capacitor u ´nico, com o resistor de 10 K e tens˜ao de 10 V. Tabela 2: DESCARGA DO CAPACITOR Corrente i (mA)
Tempo t (s)
1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1
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5. Gr´ aficos 1. Construa os gr´aficos i×t, em um mesmo papel milimetrado, de carga e descarga do capacitor. Para a descarga considere o eixo da corrente como negativo; 2. Em papel monolog, construa o gr´afico i ×t para a carga; 3. Considere o gr´afico do item anterior e o correspondente em papel milimetrado. A partir de ambos, procure determinar a capacitˆancia do capacitor, lembrando que RC ´e o tempo necess´ario para a corrente cair a 37 por cento de seu valor m´aximo:
τ = C=
s F.
6. Conclus˜ oes
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