2016/2 Física Experimental III Roteiro 8: Circuito RC: carga e

2016/2
Física Experimental III
Roteiro 8: Circuito RC: carga e descarga de capacitor
Procedimentos experimentais:
- Analise o circuito e verifique as ligações dos multímetros e da chave comutadora.
- Anote os valores nominais (indicados pelo fabricante) da capacitância e da resistência dos respectivos componentes utilizados no circuito.
Atividades e questionamentos:
1) Reconhecer o circuito e os componentes
Neste circuito utilizaremos, por conveniência das medidas de tempo, um capacitor com capacitância
(C) de 1000 μF e um resistor com resistência (R) de 150 kΩ.
O capacitor é eletrolítico, portanto tenha cuidado ao conectá-lo ao circuito por ser este um
componente com polaridade definida. Este capacitor também possui um limite de tensão elétrica
(ddp) a ser aplicada de 16 V.
→ A fonte de tensão (ddp) deve ser ajustada em 10 V.
Calcule a constante de tempo (τ) deste circuito:
Lembrando que: (1 Ω . 1 F = 1 s)
τ = R.C
2) Medias de valores da ddp no capacitor e o uso do cronômetro
O cronômetro deverá ser controlado de modo a registrar-se o tempo para cada valor de ddp. Anote o
tempo para cada variação de 0,5 V. A tensão mudará gradualmente.
Se algum estudante possuir smartphone, use o cronômetro e verifique o funcionamento da função
MARCAR, que guarda o valor de tempo quando pressionada, enquanto o tempo segue contando.
Caso seja necessário usar o cronômetro do laboratório, atente para seu funcionamento, pois o
mesmo tem a função “relógio” e “cronômetro”. Para alternar entre estas funções pressione
[MODE] até selecionar o modo cronômetro. Pressione [START/STOP] para iniciar a contagem do
cronômetro e pressione novamente para parar. Se pressionar [SPLIT/RESET] a contagem será
zerada. Para efetuar várias marcações de tempo durante um evento, aperte [START/STOP] para
iniciar, quando pressionar [SPLIT/RESET] aquele intervalo de tempo permanecerá mostrado no
display enquanto o tempo segue sendo contado pelo cronômetro (este não é mostrado). Anote o
valor registrado e pressione novamente [SPLIT/RESET] para o cronômetro mostrar o tempo sendo
registrado e quando o multímetro marcar mais 0,5V pressionar [SPLIT/RESET] para registrar o
novo valor de tempo, pressionando novamente [SPLIT/RESET] para voltar ao registro de tempo.
3) Carga do capacitor
Ao acionar a chave na posição “Carregar” inicie a contagem no cronômetro e registre os valores de
tempo a cada 0,5V no multímetro. Faça 15 medidas, ou seja, até o multímetro marcar 7,5V. Deixe o
capacitor carregando até a tensão no capacitor (VC) estabilizar. Assuma este valor como sendo a
tensão máxima (Vmax).
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4) Descarga do capacitor
Mude a posição da chave para “Descarga” e simultaneamente acione o cronômetro. O capacitor
começa a ser descarregado através de R, o resistor de 150 kΩ. Comece a registrar os valores de
tempo quando a tensão no capacitor atingir 7,5V e registre os valores a cada 0,5V até a ddp chegar a
1,5V.
Juntamente com a medida anterior, meça o tempo necessário para a tensão cair a 37% do valor
máximo, este tempo será τd1 .
Ao terminar esta medida, deixe o capacitor descarregando por um tempo maior que 5τ ou provoque
a descarga usando o resistor de 10 Ω.
5) Constante de tempo de carga do capacitor (τc)
Com a chave novamente em “Carregar”, conjuntamente acione o cronômetro para medir a constante
de tempo de carga τc , que é o tempo necessário para a tensão se elevar até 63% do seu valor
máximo (V = 0,63Vmax). Em seu relatório compare com o valor de τ. Após esta medida, deixe o
capacitor carregar-se até a tensão chegar a Vmax .
6) Constante de tempo de descarga do capacitor sobre Ri (τd2)
Meça agora com o cronômetro a constante de tempo de descarga τd2 necessária para que o
capacitor descarregue a 37% de seu valor máximo sobre a resistência interna R i do
multímetro (tensão atingindo 37% de Vmax). Para isto, coloque a chave em “Neutro” e acione
simultaneamente o cronômetro. Em seu relatório compare com o valor de τ d1 e justifique a
diferença encontrada.
7) Gráficos e conclusões
a) Faça um gráfico V x t com duas curvas contendo as medidas de carga e descarga do capacitor.
(somente pontos). Faça um segundo gráfico “conectando” os pontos através de um ajuste suave
(“smooth” ou usando “spline”). Faça um terceiro gráfico com os valores esperados através das
equações teóricas usando os valores fornecidos pelos fabricantes do resistor e do capacitor.
- Verifique os valores de tensão nas curvas do segundo gráfico para cada valor da constante de
tempo. Compare com valores de tensão por meio de porcentagens em termos de Vmax.
b) Faça um gráfico em escala logarítmica (para linearizar) com as medidas da descarga do capacitor
e obtenha o valor experimental de C. Calcule e desvio porcentual em relação ao valor fornecido
pelo fabricante.
c) Comente sobre as incertezas nos valores e as possíveis causas de discrepância entre o medido e o
esperado.
Referências:
[1] <http://professor.ufabc.edu.br/~daniel.florio/BC-1707/Experimento3_Constantes%20de%20tempo_rev2014.pdf>
[2] <http://www.ufjf.br/fisica/files/2010/03/A06-Circuito-RC-2015-10-21.pdf>
[3] <http://www.fotoacustica.fis.ufba.br/daniele/FIS3/roteiro%205%20Circuito%20RC.pdf>