Circuitos Rc E Rl

2. Estudo dos componentes

Para obter bons resultados na execução da prática, é necessário o entendimento da funcionalidade de todos os componentes utilizados no experimento, segue abaixo breve estudo:

Gerador de sinais:

É um aparelho eletrônico que pode gerar vários padrões de sinal elétrico, com uma variedade de frequências e amplitudes. Exemplos de ondas mais comuns geradas são a triangular, dente de serra e senoidal. A primeira pode ser obtida por constante carga/descarga de um capacitor numa corrente contínua, que produz um aumento ou queda linear na tensão. O segundo tipo segue o mesmo princípio, mas é utilizado um diodo para o descarregamento rápido do capacitor, caracterizando a onda dente de serra.

Resistor/Década de Resistores:

Tem como função oferecer resistência à passagem da corrente. Podem ser feitos de fios condutores, geralmente de níquel-cromo enrolados em um tubo de cerâmica, ou de uma mistura de carbono e ligas, aplicados como uma capa num tubo de vidro. Uma década de resistência é uma unidade que contém vários resistores, e permite selecionar um valor desejado através de um seletor. A resistência é medida em ohm.

Resistores em composição com capacitores num circuito em serie e utilizando-se de corrente alternada apresentam um padrão de oscilação de tensão nos dois componentes, que será discutida adiante.

Capacitor:

O capacitor consiste de dois eletrodos ou placas separados por uma distancia d, podendo-se usar um material dielétrico no vão entre os dois ou não. Sua principal característica é armazenar energia num campo elétrico, acumulando um desequilíbrio interno de carga elétrica. A capacidade do capacitor armazenar energia é medida em farad, e dada por , onde Q é a quantidade de carga armazenada entre os eletrodos, e V a tensão existente entre as placas.

Material dielétrico:

Material dielétrico é um material preferencialmente isolante que apresenta uma polarização induzida na presença de um campo elétrico. Por essa propriedade, é utilizado entre as placas dos capacitores, onde pela polarização gera um campo elétrico interno, que se opõe ao do capacitor. Isso faz com que o capacitor acumule uma carga maior, aumentando sua capacitância.

Um pouco mais sobre capacitores:

A capacitância também pode ser expressa em função de fatores geométricos e do dielétrico entre as placas, para isso é necessário definir intensidade de campo elétrico, e densidade de fluxo elétrico, como respectivamente:

Onde V é a tensão no capacitor, A é a área das placas paralelas do capacitor e d a distância que as separa.

A razão define a permissividade absoluta ε, que é a capacidade do material ser polarizado por um campo elétrico.

Ou, utilizando a permissividade relativa K (em relação à permissividade no ar ):

K também é chamada de constante dielétrica, e será o foco da prática na parte A. A frequência de corte para encontrar a capacitância é dada por:

Indutor

Indutor é um dispositivo elétrico que pode armazenar carga na forma de campo magnético. Consiste geralmente de uma bobina de material condutor, como fio de cobre.

Imaginemos uma espira de área S.

Se uma corrente i passa pela espira, sabemos pela lei de Ampere que ela irá gerar um campo magnético . Porém, quando essa corrente varia com o tempo, o campo magnético também varia. Essa variação de campo magnético no interior da espira induz uma contra força eletromotriz na mesma, ou seja, fará surgir uma corrente no sentido contrário à variação.

O fluxo do campo magnético através da espira é:

Seja R a resistência da espira. A lei de Faraday pode então ser enunciada em termos da corrente i induzida na espira quando varia com o tempo:

A existência dessa corrente na espira está associada, como sabemos, a uma força eletromotriz dada por:

A variação do fluxo com o tempo pode ser devida ao movimento da espira através de um campo B constante, ou à variação de B com o tempo, a espira permanecendo fixa, ou ainda à deformação da espira. O resultado só depende da taxa de variação do fluxo com o tempo, qualquer que seja a origem dessa variação. (NUSSENZVEIG H. M., 2009)

Chamamos esse fenômeno de um campo variando em uma espira (ou um circuito) gerando corrente, de indutância.

Se possuímos um circuito onde fazemos a corrente dar várias voltas em torno de um eixo (como pelo exemplo mais clássico, várias espiras alinhadas), podemos chamá-lo de indutor.

Se a corrente no instante considerado é i, a potência que precisa ser fornecida para isso é:

Onde L é a autoindutância do circuito.

Ignorando a perda por efeito Joule (supondo desprezível a resistência do circuito), a energia total que precisa ser fornecida para fazer passar a corrente no circuito do valor 0, para t=0, ao valor final I, em t, é:

Sendo U a energia armazenada num circuito de auto indutância L que é atravessado por uma corrente I. (Nussenzveig. H.M., 2009)

Em suma, o indutor é um dispositivo que armazena energia em forma de campo magnético.

Sendo um solenóide de N espiras, secção transversal A e comprimento l, sua indutância é dada por:

L= n²Al

Sendo n o numero de voltas por unidade de comprimento e a permissividade magnética, sendo ela a característica que o material possui de permitir a passagem de campo magnético.

Circuito RL

Ao alimentarmos um circuito RL em série com uma tensão Vt, o indutor tende a manter a variação da corrente constante, ou seja, se não houver corrente passando por ele, a variação é zero. Se em um determinado momento a corrente tenta passar por ele, ou seja, se a variação muda, o indutor tentará fazer com que essa variação continue no valor