Agrupamento de escolas de Ponte de Sor Escola Secundária de Ponte de Sor Física e Química A Atividade Laboratorial 2.1: Osciloscópio Ano letivo 2015/2016 Data: ___/Janeiro/2016 Ano : 11º Turma: ___ Nome:____________________________________ nº ____ Nome:____________________________________ nº ____ Nome:____________________________________ nº ____ Classificação: _____________________ O Professor: ______________________ Nome:____________________________________ nº ____ QUESTÃO PROBLEMA Perante o aumento da criminalidade tem-se especulado sobre a possibilidade de formas de identificação alternativas à impressão digital. Uma dessas formas poderia ser pela voz. Utilizando um osciloscópio, propor um método que permita concretizar identificação individual desse modo. FUNDAMENTO TEÓRICO O osciloscópio é um instrumento que permite observar sinais num ecrã à medida que o tempo decorre. Para possibilitar a sincronização da imagem no ecrã, é necessário que os sinais sejam periódicos. Por exemplo, o osciloscópio permite que se observem variações de diferenças de potencial em função do tempo: U = f(t). No ecrã do osciloscópio visualiza-se uma representação gráfica. A imagem no ecrã é como se fosse um gráfico com: - a variável tempo, representada no eixo das abcissas; - a variável diferença de potencial, representada no eixo das ordenadas. Figura 1- Osciloscópio de dois canais 1- Botão ON/OFF 2- Botão de brilho 3- Botão de focagem 4- Trigger (disparo) 5- Botão “TIME/DIV” 6- Botões “VOLT/DIV” 7- Conexão do canal 1 8- Conexão do canal 2 9- Botão de posição horizontal 10- Botões de posição vertical 11- Botão seletor de canal 12- Botão seletor de corrente A amplitude e o período de um sinal podem medir-se diretamente no ecrã do osciloscópio. A amplitude indica a tensão do sinal elétrico recolhido, pelo que um osciloscópio pode ser utilizado como voltímetro. Fig. 2- Monitor de um osciloscópio Os valores do tempo e da tensão dependem da regulação que foi feita na escala horizontal (TIME/DIV: s/DIV, ms/DIV ou s/DIV) e na escala vertical (VOLT/DIV), respetivamente. Tempo = n.º de divisões na escala horizontal x time/div Tensão = n.º de divisões na escala vertical x volt/div Atividade Laboratorial 2.1– Física de 11º Ano Página 1 de 4 No osciloscópio, é possível distinguir-se uma tensão contínua de uma tensão alternada. Quando a fonte de alimentação fornece uma corrente contínua, no ecrã do osciloscópio observa-se uma linha reta (Figura 3). Como a tensão se mantém constante o valor medido pelo osciloscópio será igual ao valor obtido através de um voltímetro. Figura 3- Sinal obtido no osciloscópio quando um circuito é alimentado por uma fonte de corrente contínua No caso de estar a utilizar uma fonte de corrente alternada a curva que surge é uma sinusoide (Figura 4). Neste caso a tensão varia entre A e –A visto que a tensão em função do tempo é dada por: U = Umax sin (t) Figura 4- Sinal obtido no osciloscópio quando um circuito é alimentado por uma fonte de corrente alternada Neste caso a tensão eficaz (U) medida com o voltímetro e a tensão máxima (Umáx) medida com o osciloscópio têm a seguinte relação: 𝑼= 𝑼𝐦á𝐱 √𝟐 MATERIAL NECESSÁRIO Osciloscópio Fonte de corrente contínua Fonte de corrente alternada Fios de ligação Multímetro Lâmpada Microfone Pontas de prova Diapasão e martelo 1-Medição da tensão nos terminais de uma fonte de corrente contínua PROCEDIMENTO Verificar se o sinal (linha de base) no osciloscópio se encontra em cima da linha horizontal da escala. Ligar a ficha BNC da ponta de prova ao CH1 do osciloscópio. Montar o seguinte circuito: fonte de corrente contínua, lâmpada e multímetro (na função de voltímetro). Medir a leitura fornecida pelo voltímetro e indicar a incerteza. (Tabela 1) Ligar a ponta de prova à fonte de alimentação. Colocar o comando AC-GND-DC em DC. Ajustar o botão VOLT/DIV na escala vertical para maior facilidade de leitura e registar o seu valor (Tabela 1). Verificar o “salto” do sinal. Medir no eixo vertical do ecrã a diferença de potencial e indicar a incerteza (Tabela 1). Atividade Laboratorial 2.1– Física de 11º Ano Página 2 de 4 REGISTO DOS RESULTADOS Tabela 1 Uvoltímetro VOLT/DIV N.º de divisões Uosciloscópio EXPLORAÇÃO DOS RESULTADOS 1. Compare o valor da tensão medido pelo osciloscópio com o valor lido no voltímetro. 2-Medição da tensão nos terminais de uma fonte de corrente alternada PROCEDIMENTO Verificar se o sinal (linha de base) no osciloscópio se encontra em cima da linha horizontal da escala. Ligar a ficha BNC da ponta de prova ao CH1 do osciloscópio. Montar o seguinte circuito: fonte de corrente alternada, lâmpada e multímetro (na função de voltímetro). Medir a leitura fornecida pelo voltímetro e indicar a incerteza. (Tabela 2) Ligar a ponta de prova à fonte de alimentação. Colocar o comando AC-GND-DC em AC. Posicionar o sinal na escala de modo a facilitar a leitura. Medir no eixo vertical do ecrã a diferença de potencial máxima e indicar a incerteza (Tabela 2). Medir no eixo horizontal do ecrã o período e indicar a incerteza (Tabela 2). REGISTO DOS RESULTADOS Tabela 2 Uvoltímetro VOLT/DIV N.º de divisões Umáx TIME/DIV N.º de divisões T EXPLORAÇÃO DOS RESULTADOS 1. Calcule o valor da tensão eficaz. 2. Compare o valor da tensão eficaz com o valor lido no voltímetro. 3. Determine a frequência do sinal. 4. Escreva a expressão que traduz a variação da tensão em função do tempo para este sinal. Atividade Laboratorial 2.1– Física de 11º Ano Página 3 de 4 3- Medição de frequências e intensidades de ondas sonoras 3.1- Diapasão PROCEDIMENTO Ligar um microfone ao CH1 do osciloscópio. Produzir um som puro, utilizando um diapasão e um martelo. Visualizar as características do sinal elétrico que surge no monitor do osciloscópio. EXPLORAÇÃO DOS RESULTADOS 1. Caracterize o sinal visualizado 3.2- Voz PROCEDIMENTO Utilizar a voz, emitindo sons correspondentes a letras (a, e, i, o, u, etc.) Registar as observações. EXPLORAÇÃO DOS RESULTADOS 1. A partir das observações efetuadas responda à questão problema. Atividade Laboratorial 2.1– Física de 11º Ano Página 4 de 4