Laboratório 2

2-1
2. LABORATÓRIO 2 - CORRENTE ALTERNADA
2.1 OBJETIVOS
Após completar essas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de:
(a)
Determinar o valor máximo da corrente a partir das medições de tensão
feitas com o osciloscópio.
(b)
Determinar o valor eficaz médio (VEM) da corrente a partir da corrente da
crista.
(c)
Determinar a corrente pelo método indireto, medindo a tensão através de
um resistor com valor conhecido.
(d)
Determinar o valor da reatância capacitiva, a partir de valores medidos de
tensão e corrente.
(e)
Medir o ângulo de fase entre a corrente e a tensão.
2.2 EQUIPAMENTO
1 Osciloscópio - traço duplo
1 Gerador de Função
1 Unidade central de processamento PU-2000
1 Placa de circuito impresso EB103
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2-2
2.3 DISCUSSÃO
2.3.1 CORRENTE ALTERNADA NA RESISTÊNCIA
É difícil medir valores baixos na corrente alternada em freqüências diferentes
com amperímetros de corrente alternada. Em laboratório, usa-se um método indireto para
medir a corrente alternada. Mede-se a tensão através de um resistor sensitivo de pequeno
porte e valor conhecido, colocado em série com a carga elétrica e a tensão. Usa-se então a
lei de Ohm, para determinar a corrente:
I=
V
R
(2.1)
Usando-se o multímetro, a corrente alternada tem o valor de VEM; usando-se o
osciloscópio, a corrente é o valor máximo.
I 1 pico 6 =
V1 pico 6
R
(2.2)
2.4 PROCEDIMENTO
1. Conecte o Gerador de Função ao resistor de 1000 ohm R3, como está na Fig.
1.
2. Conecte o osciloscópio de traço duplo à parte superior de R3 (canal 1) e à
parte superior do resistor de 10 ohm R2 (canal 2). 0 canal 1 é usado para medir
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2-3
a tensão, e o canal 2 para medir a corrente. 0 fio terra do osciloscópio deve ser
conectado como segue:
3. Ajuste o Gerador de Função para 1000 Hz, e sua tensão de salda para 6V p-p.
Meça as tensões no osciloscópio e converta a tensão do canal 2 em corrente.
Registre na Tabela 2. 1.
4. Repita essas leituras para as freqüências de 250 Hz, 500 Hz e 2500 Hz.
Registre os resultados na Tabela 2. 1.
a) Conexões reais
b)Diagrama Esquemático
Figura 2. 1 - Medições de Tensão em Corrente
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2-4
FREQÜÊNCIA
VOLTS(p-p)
VOLTS(p-p)
VOLTS(p-p)
CORRENTE(MA)
em Hz
ENTRADA
CANAL 1
CANAL 2
CALCULADA(P-P) Isaída
250
6
500
6
1000
6
2500
6
Tabela 2. 1 - Dependência da Tensão à Freqüência
2.5 OBSERVAÇÕES
a) valor de Isaída multiplicado por R3 é igual a Vent em todos os casos? Não
considere a queda de tensão em R2.
b) valor de R3 parece mudar com a freqüência?
2.6 DISCUSSÃO
2.6.1 CORRENTE ALTERNADA EM CIRCUITOS CAPACITIVOS
A oposição ao fluxo da corrente produzida por capacitor chama-se reatância
capacitiva e é representada por Xc. Pode-se usar a lei de Ohm para determinar Xc a partir de
valores medidos de corrente e tensão.
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2-5
Xc =
Vc
I
(2.3)
A tensão Vc através do capacitor e a corrente no circuito não alcançam valores
de pico ao mesmo tempo. A corrente precede a tensão por 90 graus. Usa-se o osciloscópio
para ver as formas de onda fora de fase. Uma vez que o ciclo da forma de onda é de 360
graus, o eixo horizontal do osciloscópio pode ser calibrado em graus, digamos 40 graus por
divisão. Os osciloscópios de canal duplo podem mostrar ambas as formas de onda, e o
ângulo de fase pode ser determinado.
2.7 PROCEDIMENTO
1. Conecte a saída do gerador de função à parte superior do capacitor C2, como
mostra a Fig. 3. Conecte o canal 1 do osciloscópio à parte superior de C2, e o
canal 2 à parte superior de R2 (10 ohms) para medir a corrente. Conecte um
jumper em série com C2.
a) Conexões reais
b) Diagrama esquemático
Figura 2. 2 - Circuito Capacitivo
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2-6
2. Ajuste o gerador de função para saída de 4 Volts de pico a pico, e sua
freqüência para 1000 Hz.
3. Meça as tensões dos canais 1 e 2 do osciloscópio, e converta a leitura do canal
2 em corrente. Registre na Tabela 2. 2.
4. Meça cuidadosamente o período da tensão de corrente alternada, e a diferença
de tempo entre o ponto zero de cruzamento das formas de onda da corrente e
da tensão. Registre na Tabela 2. 2.
5. Ajuste o controle variável do tempo base até que um ciclo da forma de onda da
tensão meça 9 divisões no eixo horizontal. O osciloscópio já está ajustado para
40 graus por divisão.
6. Determine o ângulo de fase entre o ponto zero de cruzamento da forma de
onda de tensão e da corrente e registre na Tabela 2. 2.
FREQÜÊNCIA
CANAL 1
CANAL 2
CORRENTE
PERÍODO
EM Hz
VOLTS
VOLTS
AMPERES
SEGUNDOS
DIFERENÇA GRAU
DE TEMPO
C2 = 1µF
300
1000
10K
C3 = 0, 15µF
300
1000
10K
Tabela 2. 2 - Dependência da Tensão à Freqüência
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FASE
XC
OHMS
2-7
7. Repita essas leituras em 3 seqüências diferentes entre 300 Hz e 10 KHz e
registre na Tabela 2. 2.
8. Calcule a corrente para cada conjunto de leituras. Calcule também a reatância
Xc dividindo a tensão ao longo do capacitor pela corrente, desprezando a
queda de tensão através de R2.
Xc =
Vch1
I
(2.4)
9. Reconecte o circuito usando o capacitor C3 de 0,15µF em vez do C2, como na
Figura 2. 3, e repita a seqüência acima de medidas e cálculos. Registre na
Tabela 2. 2.
10. Selecione o MODO DE PRATICA (FASE A)- exercício 4.
a) Conexões reais
b) Diagrama esquemático
Figura 2. 3 - Circuito Capacitivo com C3
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2-8
PASSO
PRESSIONE
VISOR
COMENTÁRIOS
1
No.
“1”
Terminar o Modo de Experiência
2
2
“2”
Selecione a função.
3
*
FN
Seleção de função.
4
2
FN2
Selecione o Modo de Prática.
5
*
P.00
Agora você está no Modo de Prática.
6
4
P.04
Selecione o código de defeito. Pisca por
pouco tempo o “4” para indicar que o
primeiro defeito já foi localizado.
Tabela 2. 3: Iniciando o Módulo Prático. (FASE A)
11. Observe as mudanças da forma de onda do osciloscópio. Qual a mudança
introduzida no circuito?
12. Meça a tensão e a corrente a uma freqüência de 1000 Hz em C3.
Tensão através de C3
Corrente em C3
13. Usando os valores medidos de tensão e corrente, calcule a reatância e a
capacitância do novo C3.
Reatância de C3
Novo valor de C3
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2-9
VOLTANDO AO MODO DE EXPERIÊNCIA
14. Antes de iniciar as atividades do próximo laboratório, volte ao Modo de
Experiência e complete o seguinte:
PASSO
PRESSIONE
VISOR
COMENTÁRIOS
1
*
FN
Seleção de função.
2
1
FN1
Volta ao Modo de Experiência.
3
*
E.05
Número de contador de experiência anterior.
4
*
E.06
Contador de incremento.
Tabela 2. 4 - Volta ao Modo de Experiência
2.8 OBSERVAÇÕES
a) Comente o efeito da freqüência sobre a reatância.
b) Qual foi o desvio de fase medido? Registre qualquer desvio a partir de 90
graus.
c) Quando se aumenta o valor do capacitor, qual o efeito sobre a reatância?
d) Compare o valor de reatância obtido experimentalmente com o valor obtido a
partir de cálculos teóricos.
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