A Carga e Descarga de Capacitores

[pic 1]

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS - CCET

DEPARTAMENTO DE FÍSICA - DFI

JÚLIA MATIAS DE CERQUEIRA

LUAN NUNES GAMA

LUCIANA RODRIGUES DOS SANTOS

São Cristóvão – SE

Agosto - 2022

JÚLIA MATIAS DE CERQUEIRA

LUAN NUNES GAMA

LUCIANA RODRIGUES DOS SANTOS

RELATÓRIO CARGA E DESCARDA DE CAPACITORES

Relatório do experimento 4. Apresentado ao professor Marcelo Andrade Macedo, no curso de Laboratório de Física B, como requisito de nota do período letivo de 2022.1.

São Cristóvão – SE

Agosto - 2022

RELATÓRIO DO EXPERIMENTO 4: CARGA E DESCARGA DE CAPACITORES (22/09/2022)

1. RESUMO

Um capacitor é um dispositivo de armazenamento de energia, constituído por duas placas carregadas, separadas por um material isolante, chamado de dielétrico. Dessa forma, ao projetar um circuito RC simples, que consiste em um resistor e um capacitor em série com uma fonte de tensão CC, observou-se, na primeira parte do experimento, os valores obtidos de tensão e tempo a fim de plotar três gráficos e encontrar seu ajuste não linear em seus três circuitos. Posteriormente, foi calculado os valores de carregamento e descarregamento dos capacitores, para verificar o τ, a fim de analisar sua dependência com a variação da resistência e com a capacitância. Ademais, supondo o valor da resistência através do ohmímetro, foi encontrado os valores das capacitâncias e suas respectivas incertezas. Portanto, visto os baixos valores encontrados tanto de erros relativos quanto de incertezas associadas às grandezas medidas, conforme a literatura, a teoria aplicada realmente descreve o comportamento deste circuito de acordo com a lei de conservação de carga e resolve as equações diferenciais resultantes da lei básica.

1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

1. Construa gráficos de tensão versus tempo para os processos de carga e descarga de cada combinação RC utilizada.

A primeira parte do experimento consistiu na montagem de três circuitos, o primeiro com um capacitor de 100 µF, possuindo um resistor de XX,XX kOhm, o segundo apresentando capacitância de 1000 µF e um resistor de mesmo valor do anterior. Por último, o terceiro, com um capacitor de 1000 µF e dois resistores, associados em paralelo, com valor de XX,XX kOhm cada. Representados a seguir:

[pic 2]Figura 1: Esquema elétrico para o experimento de carga e descarga de capacitores, onde um jumper na posição AB corresponde a descarga e na posição CD corresponde a carga, usando a resistência R.

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Figura 2: Esquema elétrico para o experimento de carga e descarga de capacitores, onde um jumper na posição AB corresponde a descarga na posição CD corresponde a carga, usando uma resistência menor (R/2).

A partir dos dados coletados pelo software Box Lab, foram construídos Gráficos de Tensão versus Tempo, nos quais foi possível a visualização dos pontos de carga e descarga de cada um desses capacitores, como mostra as Figuras 3, 4 e 5:

[pic 4]Figura 3: Gráfico de Tensão versus Tempo do circuito 1 com o capacitor de 100µF

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Figura 4: Gráfico de Tensão versus Tempo do circuito 1 com o capacitor de 1000 µF

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Figura 5: Gráfico de Tensão versus Tempo do circuito 2 com o capacitor de 1000 µF

1. Determine no gráfico os valores da constante de tempo (s) de cada circuito, tanto pelos pontos de 63% da tensão total (nas curvas de carga) e de 37% da tensão total (nas curvas de descarga), quanto por dados obtidos de ajustes feitos utilizando as equações de carga e descarga. Nos ajustes, deverão ser utilizadas as Equações 9 e 14 e o aluno deverá usar o modo de ajuste livre do programa para introduzir as equações, informando inclusive o valor da tensão máxima e do tempo inicial. Este tempo inicial (t0) é o tempo em que foi iniciado o processo de carga ou de descarga. São, portanto, tempos diferentes para cada curva. Estes tempos iniciais devem ser descontados também dos valores de tempo determinados pelos pontos de 63% da tensão total (nas curvas de carga) e de 37% da tensão total (nas curvas de descarga). Preencha a Tabela 1.

Considerando os gráficos traçados com auxílio do software computacional SciDavis, encontrou-se valores do ajuste não linear para carga e descarga dos capacitores dos circuitos observados, utilizando as seguintes fórmulas:

1. Fórmula do ajuste para carga:

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1. Fórmula do ajuste para descarga:

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                        Os valores de máximo utilizados foram:

                        Gráfico 1: 7,7463s para carga e 37,2239 para descarga