Sistemas e Circuitos Eléctricos

Laboratório de SCE – 1º Ano EACI
Engº Cláudio Miguel Sapateiro
Sistemas e Circuitos Eléctricos
1º Ano/1º Semestre EACI
1º Laboratório: “Introdução ao Material de Laboratório”
Pretende-se nesta aula de laboratório que o aluno se familiarize com o
material/equipamento que irá utilizar ao longo do semestre nos diversos trabalhos de
laboratório da cadeira de Sistemas e Circuitos Eléctricos.
Este enunciado contem uma breve descrição dos conceitos teóricos essenciais para tirar
partido das experiências/montagens a realizar.
Conceitos Teóricos
1. Constituição da Matéria
Toda a matéria na natureza é constituída por partículas denominadas átomos. Estes, por
sua vez, são constituídos por um certo número de partículas: protões e neutrões
agrupados num núcleo, em volta do qual giram em várias orbitas outras partículas
denominadas electrões.
O protão é uma partícula com carga eléctrica positiva, enquanto que o electrão tem
carga eléctrica negativa. O neutrão é electricamente neutro.
As cargas eléctricas de sinal contrário atraem-se enquanto que cargas eléctricas do
mesmo sinal se repelem.
Quando num átomo o número de electrões é igual ao número de protões este está
electricamente neutro. No entanto os electrões da orbita mais afastada do núcleo são
menos atraídos por este, podendo saltar da sua orbita passando a denominarem-se de
electrões livres. Quando um átomo perde electrões fica carregado positivamente.
Figura 1: Átomo
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2. Potencial Eléctrico
Entre dois corpos electricamente carregados define-se a diferença de potencial ou
tensão eléctrica, como sendo a diferença entre os estados eléctricos dos dois corpos.
Figura 2: Diferença de potencial de dois corpos
Na figura 2 o estado eléctrico dos corpos são diferentes dado que em A as cargas estão
mais concentradas do que no corpo B.
Ligando os dois corpos por meio de um fio metálico, há deslocamento de cargas até que
o estado eléctrico dos dois corpos se iguale, o que se verifica quando a densidade de
cargas for igual, figura 3.
Figura 3: Dois corpos com o mesmo potencial
A tensão eléctrica é indicada por meio de uma seta que vai do condutor com potencial
mais levado para o condutor de menor potencial.
A unidade de medida da tensão é o volt – V.
Em baixo apresentam-se valores típicos de tensão:
• Pilha vulgar: 1.5 V
• Bateria automóvel: 12V
• Rede de energia eléctrica: 220V/380V
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3. Corrente Eléctrica
Como foi visto anteriormente, quando dois corpos de potencial diferente são ligados há
movimentos das cargas eléctricas do corpo de potencial mais elevado para o outro
constituindo uma corrente eléctrica.
Quando a igualdade dos potenciais se atinge a corrente pára.
Para que a diferença de potencial se mantenha é necessário um gerador/fonte de
alimentação.
Quando um gerador é ligado num circuito fechado a corrente é obrigada a circular por
este denominando-se circuito eléctrico.
a. Sentido da Corrente Eléctrica
O sentido convencional da corrente eléctrica define que a corrente eléctrica, são
cargas positivas que se deslocam do corpo de potencial mais elevado para o de
menor potencial, esta convenção torna mais simples a análise e interpretação de
grande parte dos circuitos.
No entanto o sentido real da corrente eléctrica é o contrário, pois as partículas
que tem liberdade de movimento são os electrões, assim sendo a corrente
estabelece-se por deslocamento de electrões do corpo de menor potencial para o
de maior potencial.
b. Intensidade
A corrente eléctrica define-se como um transporte de carga eléctrica ou
quantidade de electricidade – Q, por unidade de tempo. A quantidade de
electricidade mede-se em Coulomb – C e a carga de 1C corresponde à carga de
6.25x1018 electrões.
I=
Q
t
A unidade da corrente é o Ampere – A.
Valores típicos de intensidade de corrente eléctrica:
•
Rádios: dezenas de mA
•
Lâmpadas: 0.1-10A
•
Descargas atmosféricas: 25kA-200kA
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c. Efeitos da Corrente Eléctrica
Efeito Calorífico: Quando um condutor é percorrido por corrente eléctrica
aquece.
Efeito Magnético: A passagem de corrente eléctrica provoca o aparecimento de
um campo magnético (este tema será abordado mais tarde).
5. Resistência Eléctrica
A resistência eléctrica de um corpo é a oposição que este faz à passagem da corrente
eléctrica, ou seja, a maior ou menor facilidade com que se deixa atravessar pelas cargas
eléctricas (electrões).
A palavra resistência significa, em electrotecnia, um dispositivo que pode ser
intercalado nos circuitos com a finalidade de limitar a intensidade da corrente eléctrica.
Símbolo:
O valor das resistências encontra-se codificado por cores segundo a tabela do anexo.
6. Fontes de Alimentação
A função das fontes de alimentação ou geradores é de movimentar os electrões no
circuito eléctrico, ou seja, gerar corrente eléctrica. Para isso o gerador estabelece uma
tensão ou diferença de potencial aos seus terminais.
Existem geradores de corrente continua cc (corrente num só sentido) ou corrente
alternada (corrente nos dois sentidos)
Símbolos:
Pilha/Bateria
Fonte Alimentação CC
Fonte Alimentação AC
7. Aparelhos de Medida
Para se saber o que se está a passar num circuito eléctrico, ou seja, saber por exemplo os
valores de tensão impostos a uma carga receptora ou a corrente que circula no circuito,
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ou ainda a energia que este consome num dado intervalo de tempo temos de intercalar
no circuito aparelhos de medida. Os mais comuns são:
a. Amperímetro: Mede a intensidade da corrente eléctrica. Estes são instalados
em série no circuito.
b. Voltímetro: Mede a tensão (diferença de potencial entre dois pontos do
circuito). O voltímetro é ligado em paralelo no circuito.
c. Ohmímetro: Mede a resistência de determinado elemento à passagem de
corrente.
d. Multímetro: Esta aparelho acumula a funções dos apresentados anteriormente.
Para tal o utilizador selecciona qual o tipo de medida deseja realizar, realiza a
ligação respectiva e efectua a leitura.
Nesta aula será descrita em pormenor a utilização do aparelho.
Experiência 1 – “Circuito Corrente Continua”:
Com esta experiência pretende-se ilustrar os conceitos introduzidos na parte teórica do
enunciado.
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Para a montagem do circuito da figura, será necessária a utilização do seguinte material
de laboratório:
- 1 Fonte de Alimentação CC
- 1 Multímetro
- 1 Osciloscópio
- 1 Resistência de 120 Ω
- Breadboard
- Condutores
Montagem:
1. Confirme o valor da resistência utilizando o Multímetro.
2. Monte o circuito
3. Regule a fonte de tensão para 5V
4. Meça e registe o valor da corrente que circula no circuito.
5. Meça e registe o valor da diferença de potencial aos terminais da resistência e da
fonte de tensão.
6. Utilize o osciloscópio para visualizar a forma de onde à saída da fonte de tensão, bem
como para medir o valor disponibilizado por esta.
Experiência 2 – “Circuito Corrente Alternada”
Nesta experiência pretende-se que o aluno visualize formas de onda alternadas.
Nesta montagem será utilizado o seguinte material de laboratório:
- 1 Gerador de Sinais
- 1 Osciloscópio
Ligue directamente o gerador de sinais ao osciloscópio e observe as formas de onda
para sinais alternados com forma sinusoidal, rectangular e triangular.
NOTAS
- Antes de montar os circuito espere pela explicação do docente sobre a utilização dos
equipamentos envolvidos (breadboard, fonte de alimentação, aparelhos de medida....)
- Após a montagem do circuito não o ligue, nem realize as medidas pedidas, sem a
confirmação do docente.
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Questionário
Uma vez realizadas as montagens o aluno deverá responder ao questionário,
entregando-o ao docente, no final da aula:
1. Compare e comente o valor da resistência enunciado pelo código de cores e o
obtido por medida no ohmímetro.
2. Como se deve ligar o amperímetro para realizar a medida de uma corrente
eléctrica? E o voltímetro?
3. Compare e comente os valores de tensão aos terminais da fonte de alimentação e
da resistência.
4. Compare e comente os valores de tensão da fonte de alimentação medidos pelo
multímetro e pelo osciloscópio.
5. Que tipo de forma de onda disponibiliza a rede eléctrica? E a bateria de um
automóvel?
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