Laboratorio: Capacitores e Circuitos RC: mudanças entre as edições

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#Utilize o osciloscópio para observar a '''forma de onda''' sobre o '''capacitor'''.
#Utilize o osciloscópio para observar a '''forma de onda''' sobre o '''capacitor'''.
#Aumente gradualmente a '''frequência''' da '''onda quadrada''' e observe a '''forma de onda''' sobre o '''capacitor'''.
#Aumente gradualmente a '''frequência''' da '''onda quadrada''' e observe a '''forma de onda''' sobre o '''capacitor'''.
==Fundamentos sobre o Circuito RC==
Num '''circuito RC''' série, quando um '''degrau de tensão''' é aplicado, inicialmente toda '''tensão''' aparece toda sobre o '''resistor''', pois o '''capacitor''' está descarregado e a tensão sobre ele é zero. A corrente inicial que fluirá no circuito será dada pela '''Lei de Ohm''' (I = V / R) e vai ser responsável por iniciar a '''carga''' do '''capacitor'''. A medida que o '''capacitor''' vai sendo '''carregado''', a '''tensão''' sobre ele vai aumentando, diminuindo a tensão resultante sobre o '''resistor''', segundo a '''[[Eletricidade Básica|Lei de Kirchhoff das Malhas]]''', e, consequentemente, diminuindo também a '''corrente''' no circuito. Quanto o '''capacitor''' se '''carregar''' totalmente, a tensão de 5V estará toda sobre o capacitor e a '''corrente''' no circuito será reduzida a '''zero'''.
[[Arquivo:CircuitoRC.png]]
O processo de '''carga do capacitor''' segue uma curva que '''desacelera exponencialmente''' a medida que a tensão sobre o capacitor aumenta. A '''taxa de crescimento''' da '''carga do capacitor''' depende do produto '''RC''', chamado de '''constante de tempo''' (segundos) e é representado pela letra grega tau (τ). Numa '''constante de tempo''' o '''capacitor''' é carregado com '''63%''' de sua '''carga'''. Em cinco '''constantes de tempo''' a carga do capacitor chega a 99.3%. O tempo da carga total tende ao infinito, entretanto, na prática, considera-se que em cinco '''constantes de tempo''' o capacitor está carregado.
Num '''circuito RC''' série, a '''tensão sobre o capacitor''' (V<sub>C</sub>), em função da tensão total aplicada (V<sub>T</sub>) é dada pela expressão:
<math>V_C(t) = V_T (1 - e^{-t/\tau}) </math>
No primeiro circuito, a '''constante de tempo''' era de (100 KΩ)*(47 μF) = 4.7 segundos, fazendo com que a '''carga/descarga''' total do capacitor fosse de cerca de 23,5 segundos.


==Observações e Conclusões==
==Observações e Conclusões==

Edição das 19h17min de 10 de setembro de 2021

Laboratório: Introdução aos Capacitores e Circuitos RC

Objetivos

Conhecer os capacitores, que são dispositivos que armazenam energia elétrica em um campo elétrico.

Conhecer o princípio de funcionamento dos circuitos RC de forma a poder explicar como um capacitor é carregado quando um degrau de tensão é aplicado em seus terminais.

Equipamento e Materiais

Equipamentos
  • Bancada de Eletrônica com fonte de tensão, gerador de funções, multímetro e osciloscópio.

ou

  • Simulador de circuitos eletrônicos: SimulIDE.
  • Componentes Eletrônicos:
    • Resistores: 1kΩ e 100KΩ
    • Capacitores: 1uF e 47uF

Procedimentos Práticos

Tempo de carga/descarga do capacitor

  1. Monte no SimulIDE um circuito com uma fonte de tensão constante com 5 V alimentando um circuito RC série, com resistor de 100 kΩ e capacitor de 47 μF.
    V = 5V; R = 100 kΩ; C = 47 μF
  2. Utilize o osciloscópio para observar o crescimento da tensão sobre o capacitor no momento em que a fonte de tensão for ligada. O crescimento da tensão sobre o capacitor indica que o mesmo está sendo carregado.
  3. Desligue a fonte de tensão (0 V) e meça o tempo para a tensão sobre o capacitor chegar próximo a zero.
  4. Ligue novamente a fonte de tensão (5 V) e meça o tempo para a tensão sobre o capacitor chegar próximo 5V. Repita quantas vezes achar necessário para ter uma média do tempo de carga/descarga do capacitor.
  5. Confira se o valor do tempo de carga/descarga do capacitor está de acordo com o valor teórico. No caso, C = 47 μF e R = 100 KΩ a constante de tempo calculada é de 4.7 segundos. Desta forma, a carga/descarga do capacitor fica em cerca de 23,5 segundos.

Forma de onda da carga/descarga do capacitor

  1. Modifique o circuito RC usando o resistor de 1KΩ e o capacitor de 1μF.
  2. Substitua a fonte de tensão por um gerador de funções, configurado para gerar uma onda quadrada com amplitude oscilando entre 0V e 5V e frequência de 100Hz.
  3. Utilize o osciloscópio para observar a forma de onda sobre o capacitor.
  4. Aumente gradualmente a frequência da onda quadrada e observe a forma de onda sobre o capacitor.

Observações e Conclusões

  • Capacitores armazenam energia elétrica.
  • Quando capacitores estão sendo carregados usando uma fonte de tensão em série com um resistor, a taxa da carga do capacitor desacelera exponencialmente.
  • Um circuito RC é caracterizado pelo produto RC, chamado constante de tempo.
  • Em uma constante de tempo o capacitor é carregado com 63% da tensão aplicada sobre o circuito RC.
  • Comumente se aceita que o capacitor está totalmente carregado em cinco constantes de tempo.

Referências


Evandro.cantu (discussão) 15h39min de 10 de setembro de 2021 (-03)

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