RELATÓRIO IV: CARGA E DESCARGA DE CAPACITORES EM CIRCUITOS RC
Por: Cleiton Vargas • 13/10/2022 • Trabalho acadêmico • 3.428 Palavras (14 Páginas) • 146 Visualizações
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Laboratório de Física FIII
RELATÓRIO IV: CARGA E DESCARGA DE CAPACITORES EM CIRCUITOS RC
Campo Grande/MS
Junho de 2021
SUMÁRIO
1-OBJETIVOS 3
2-INTRODUÇÃO TEÓRICA 3
3-MATERIAIS E MÉTODOS 5
3.1-Descarga de um capacitor 5
3.2-Carga de um capacitor 5
3.3-Associação de um capacitor carregado com um descarregado 6
4-RESULTADOS E DISCUSSÕES 7
4.1-Descarga de um capacitor 7
4.2-Carga de um capacitor 9
4.3-Associação de um capacitor carregado com um descarregado 11
5-CONCLUSÃO 13
6-REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 14
1-OBJETIVOS
Nesta pratica temos como objetivo analisar o comportamento da carga e descarga de um capacitor em função do tempo e calcular a constante de tempo, τ, em circuitos RC.
2-INTRODUÇÃO TEÓRICA
Capacitor é um dispositivo que tem como função armazenar cargas elétricas em um circuito. Este componente é constituído de duas barras condutoras e um material dielétrico entre elas. Denominamos capacitância, C, a quantidade de carga na forma de campo eletrostático, medida através da relação entre quantidade de carga pela diferença de potencial:
(1)[pic 2]
Um capacitor eletrolítico é caracterizado por seu dielétrico, que é composto por óxido de alumínio imerso em uma solução eletrolítica. Além disso, são polarizados de alto valor de capacitância. Um capacitor pode ser identificado por suas cores, conforme Figura 1.[pic 3]
[pic 4][pic 5]
O circuito RC é composto de um resistor, um capacitor e uma fonte de tensão. O capacitor é carregado através da fonte V com uma tensão Vo, e descarregado sobre o resistor R. No momento em que o circuito começa a funcionar, o capacitor passa a funcionar como uma fonte e estabelece uma corrente variável que flui através do resistor. Aplicando a Lei da Malhas de Kirchoff ao circuito se obtém:
VC = RI (2)
Como a tensão nos terminais do capacitor é VC = Q/C e a corrente decresce no tempo (o capacitor é um reservatório finito de cargas) a corrente no circuito deve ser escrita como I= -dQ/dt. Assim,
(3)[pic 6]
A condição inicial é Q(t=0) = Q0 , e a solução que a satisfaz (deduza essa expressão) é dada pela Equação 4:
(4)[pic 7]
E a tensão sobre o capacitor é dada pela Equação 5.
(5)[pic 8]
A carga e a tensão decaem exponencialmente, com constante tempo igual a τ = RC. Isso significa que após decorrido um tempo τ, a tensão decai a 1/e do valor inicial, ou seja: V(t = RC) = Vo/e.
No carregamento do capacitor, aplicando a Lei de Malhas de Kirchoff ao circuito, e a condição inicial para Q(t = 0) = 0, a tensão a tensão sobre o capacitor durante seu carregamento é dada pela Equação 6:
(6)[pic 9]
3-MATERIAIS E MÉTODOS
O Estudo foi realizado em três partes 1- Descarga de um capacitor, 2- Carga de um capacitor e 3-Associação de um capacitor carregado com um descarregado.
Materiais
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Metodologia
Para o estudo do comportamento de carga e descarga de um capacitor utilizou-se os circuitos representados na Figura 2, utilizando um voltímetro e capacitores e resistores.
Figura 2- Esquema elétrico para estudo da carga e descarga de um capacitor: (a)- Carga, (b)- Descarga,
(c)- Conservação de energia eletrostática em capacitores.
[pic 10]
3.1-Descarga de um capacitor
- Construiu-se o circuito representado na Figura 2.b, com um capacitor de capacitância, C = 4,7x10-7F, e a fonte ajustada em 15V. O voltímetro em escala de 20V, onde sua resistência interna anotada no experimento anterior de 37,9MΩ.
- Ligando a chave S, por 1 minuto o capacitor foi carregado até 15,006V, após foi desconectado da fonte, foi descarregado sob a resistência interna do voltímetro.
- Foram anotados os valores de tensão em função do tempo de descarga, sendo dispostos e analisados na seção 4.1 deste trabalho, através de tabelas e gráficos.
3.2-Carga de um capacitor
- Construiu-se o circuito como da Figura 2.a, com o mesmo capacitor acima, 2 resistores em série, REQUIV. = 2MΩ, a fonte ajustada em 15V. O Voltímetro em escala de 20V, e resistência interna anotada no experimento anterior de 37,9MΩ.
- Ligando a chave S, por 1 minuto o capacitor foi carregado até 12,508V, este valor foi anotado como tensão máxima no capacitor, V0, e desligado o circuito da fonte.
- Descarregado o capacitor (realizado um curto-circuito entre seus terminais), novamente foi conectada a fonte e carregado o capacitor até a tensão máxima.
- Foram anotados os valores de tensão em função do tempo de carga, sendo dispostos e analisados na seção 4.2 deste trabalho, através de tabelas e gráficos.
3.3-Associação de um capacitor carregado com um descarregado
- Construiu-se o circuito representado na Figura 2.c, com os capacitores C1=1000µF e C2=2200µF, fonte ajustada em 15V. O Voltímetro em escala de 20V, com resistência interna, RV = 37,9MΩ.
- Ligando somente a chave S1, carregou-se o capacitor C1, mediu-se a tensão V1 máxima nos terminais do capacitor C1. E medido a energia armazenada em C1.
- Em seguida, desconectou-se a fonte, fechando apensa a chave S2 ligando o capacitor descarregado C2 em paralelo com o capacitor já carregado C1. Mediu-se a tensão de equilíbrio Vf.
- Foram determinadas a Capacitância equivalente, Ceq., da associação em paralelo dos capacitores C1 e C2; A energia Total, Ueq, armazenada pelos capacitores para a tensão de equilíbrio, Vf, todos valores foram dispostos e analisados no item 4.3.
4-RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1-Descarga de um capacitor
Inicialmente foram obtidos os valores da Capacitância, C, do Capacitor = 4,7x10-7 F, e a resistência interna do voltímetro, RV = 37,9MΩ. Realizado o experimento, á partir dos valores coletados, construiu- se a Tabela 1, com os valores da razão entre V(t) e V0, e do logaritmo neperiano de (V(t) / V0) em função do tempo, t(s), com tensão V0 =15,006V.
Tabela 1-Dados experimentais da razão entre V(t) e V0, em função do tempo, t(s).
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