Universidade Federal de Pernambuco

Universidade Federal de Pernambuco
CCEN - Departamento de Física
Física Experimental 2 - 2017.1
Prática 3.1: Experimento
Correntes e tensões variáveis no tempo - Uso do Osciloscópio
Turma:
Equipe:
Responda as perguntas no local indicado. Tabelas, grácos e justicativas no nal do relatório.
osciloscópio, geradores de sinais, cabos de conexão, placa de montagem (protoboard ),
resistores diversos, capacitores e indutores diversos, amperímetro digital, voltímetro digital, etc.
Material utilizado:
1
Entendendo o funcionamento básico de um osciloscópio
O objetivo principal desta primeira parte da prática é introduzir o osciloscópio como instrumento de medidas de
diferenças de potencial em circuitos simples tanto no regime de corrente contínua (CC) como de corrente alternada
(CA). Uma das aplicações será no estudo dos processos de carga e descarga de capacitores. O osciloscópio é
particularmente útil quando estamos investigando sinais elétricos que se repetem, pois o mesmo possibilita desenhar
uma imagem do comportamento temporal do sinal. O princípio de funcionamento do osciloscópio está descrito
detalhadamente no material suplementar.
1. Para se familiarizar com o osciloscópio e o gerador de funções utilize o gerador de funções para visualizar na
tela do osciloscópio as formas de ondas senoidais e quadradas. Compare a frequência da onda fornecida pelo
gerador com a frequência medida no osciloscópio.
2. Monte o circuito da gura 1. Ajuste o gerador de sinais para uma tensão de entrada igual a Ve (t) = 1 +
3cos(2πf t), com f = 500Hz , e Ve em volts. Usando a ponta de prova do osciloscópio, meça as tensões VAD (t),
VBD (t), VCD (t) com acoplamentos AC e DC e anote os valores abaixo. ATENÇÃO: Pode haver algum
atenuador na ponta de prova utilizada. Se este for o caso, não se esqueça de aplicar o fator multiplicativo
apropriado no canal do osciloscópio para que se possa fazer a leitura correta da tensão nos pontos medidos.
3. Desenhe os seis grácos das formas de onda observadas no osciloscópio (desenhe o que está vendo na tela),
indicando os ajustes do osciloscópio (volts/divisão e tempo/divisão). Não esqueça de indicar o nível de
zero.
4. Por que utilizando a conguração apresentada na gura 1, não podemos medir diretamente a tensão VAB (t)
com as pontas de prova do osciloscópio sem perturbar o circuito?
5. Discuta o papel desempenhado pelo capacitor de 1, 0µF .
6. Faça a análise teórica do circuito e procure explicar todos os valores de tensões medidos em VAD (t), VBD (t),
VCD (t) nos acoplamentos AC e DC .
7. Utilizando o voltímetro digital meça a tensão VAD (t) nos modos DC a AC do multímetro. Quais os valores
medidos? Este voltímetro mede o valor rms ou o valor médio? Discuta a diferença entre os dois valores
medidos.
A
12 k:
B
C
1,0 PF
ve(t)
12 k:
~
D
Figura 1: Circuito utilizado para medidas das tensões VAD (t), VBD (t), VCD (t) com acoplamentos AC e DC .
2
Processo de carga e descarga em um capacitor
Monte o circuito da gura 2. Observe que usaremos o gerador de sinais como um gerador de onda quadrada.
Ajuste a saída do gerador de funções para gerar uma onda quadrada com tensão variando de 0 a 1, 0V . Ajuste
o período da onda quadrada para permitir a observação completa do processo de carga e descarga do capacitor,
conforme mostrado na gura 3. Observe a saturação da tensão de carga em 1, 0V e de descarga em 0, 0V . Ajuste
a amplitude da tensão de saída do gerador e a posição vertical do traço do osciloscópio até que o sinal que
verticalmente simétrico em torno do centro da tela e preenchendo a tela na direção vertical. Lembre que o traço
do osciloscópio é equivalente ao gráco da tensão versus tempo, no capacitor.
12 k:
Cx VC(t)
ve(t)
Figura 2: Circuito RC utilizado para medidas de carga e descarga do capacitor.
Dif. de po
otencial, VC (V)
0 982
0,982
1.0
0,993
,
0,950
0,864
0.8
D
Descarga
0 632
0,632
0.6
0.4
C
Carga
0,368
0,135
0,049
0.2
0,018
0,009
0.0
RC
2RC 3RC 4RC 5RC
Tempo,
p , t ((RC))
Figura 3: Gráco mostrando o processo de carga e descarga de um capacitor.
1. Faça um esboço detalhado da forma de onda observada no osciloscópio e estime a constante de tempo do
circuito RC.
2. Baseado na ilustração da gura 3, faça 5 medidas de VC (t) para 5 valores diferentes de t (5 medidas no
processo de carga e 5 medidas no processo de descarga do capacitor) e registre nas tabelas abaixo:
Tabela 1: Carga
Tensão, VC Tempo, t
Tabela 2: Descarga
Tensão, VC Tempo, t
Para fazer em casa e trazer na próxima aula: Monte dois grácos de VC × t com os pontos das
tabelas acima. A partir dos grácos VC × t, para a carga e para a descarga do capacitor, obtenha o valor
da Capacitância Cx do capacitor desconhecido através do a juste das curvas. OBS.: Utilize as equações
apropriadas para os processos de carga e descarga do capacitor.
3. Ainda no laboratório, faça a ligação para terra no resistor (pode trocar a posição do resistor com a do
capacitor). Use agora a ponta de prova do osciloscópio para medir a forma da tensão no resistor. Faça um
esboço detalhado da forma de onda observada no osciloscópio. Interprete o resultado.