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Universidade de Mogi das Cruzes – UMC
Relatório sobre Tensão Alternada II (Eletricidade Aplicada) Pedro Scarcelli Nava Namorado, 63784 Franciso Eclaudio, 65665 Thiago Galante, 66503 Engenharia Turma B – 2009
Prof. Prof. José Roberto Marques
Mogi das Cruzes 2009
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Sumário
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1. INTRODUÇÃO
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2. OBJETIVOS
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3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
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4. RESULTADOS
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6. Conclusão
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7. BIBLIOGRAFIA
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1. Introdução
4 A tensão alternada denomina normalmente de tensão CA, difere da tensão contínua porque troca de polaridade constantemente. Provocando nos circuitos um fluxo de corrente ora em um sentido, ora em outro. Uma fonte de tensão alternada alterna a polaridade constantemente com o tempo. Entretanto, em certas aplicações, diferentes formas de ondas são utilizadas, tais como triangular ou ondas quadradas. Enquanto a fonte de corrente contínua é constituída pelos pólos positivo e negativo, a de corrente alternada é composta por fases (e, muitas vezes, pelo fio neutro). Entretanto, em certas aplicações, diferentes formas de ondas são utilizadas, tais como triangular ou ondas quadradas. Enquanto a fonte de corrente contínua é constituída pelos pólos positivo e negativo, a de corrente alternada é composta por fases (e, muitas vezes, pelo fio neutro). Na primeira metade do século XX havia sistemas de Corrente Alternada de 25 Hz no Canadá (Ontário) Ontário) e no norte dos EUA. Em alguns casos alguns destes sistemas (por exemplo, nas quedas de Niágara) Niágara) perduram até hoje por conveniência das fabricas industriais que não tinham interesse em trocar o equipamento para que operasse a 60 Hz. As baixas freqüências facilitam construção de motores de baixa rotação, já que esta é diretamente proporcional à freqüência. A condiç condição ão fundam fundament ental al para para que uma determ determina inada da tensão tensão elétric elétricaa seja seja consid considera erada da como como tensão tensão alternada é que a sua polaridade não seja constante. Os diversos tipos de tensão em CA podem ser distinguidos através de quatro características: Forma de onda; Ciclo; Período; Freqüência. A freqüência é número de ciclos de uma corrente alternada que ocorrem em 1 segundo. É indicado pela letra f e sua unidade é o Hertz (Hz). Freqüência: número de ciclos completos realizados em 1 segundo. Período é a designação empregada para definir o tempo necessário para que se realize um ciclo completo de uma corrente alternada. Período: tempo de realização de 1 ciclo completo. O período é representado pela notação T e sua unidade de medida é o segundos(S). A tensão alternada senoidal é a mais importante das tensões CA, tendo uma vista que toda a distribuição de energia elétrica para os consumidores (residência, indústria, comércio,...) é feita através deste tipo de corrente alternada. Isto significa que todos os aparelhos ligados à rede elétrica são alimentados por corrente alternada senoidal. Quando estamos lidando com circuitos elétricos, sinais senoidais são voltagens que variam no tempo de forma senoidal. Elas são geradas por um gerador de sinais e são representadas, na forma mais geral, por uma função do tipo:
Onde “V0” é o que chamamos de amplitude da forma de onda. V0 é o valor da voltagem quando a função seno é igual à unidade, ou seja, é o valor máximo da voltagem gerada. A amplitude também é chamada de “valor de pico da função”. É sempre um valor positivo Quando a função seno atinge o seu menor valor “1”, a voltagem tem o seu valor máximo (em módulo) negativo –V0. Portanto, uma voltagem senoidal oscilará entre os valores extremos V0 e -V0. A diferença entre esses valores é o que chamamos de valor “pico-a-pico” da voltagem e o representamos por Vpp. Temos então: Vpp = 2V0
5 No laboratório, em geral, é mais fácil determinar o valor VPP do que simplesmente o valor de pico. Isso se deve ao fato que a determinação do valor de pico, pela visualização da senóide na tela do osciloscópio, depende de um ajuste prévio do valor “zero” da função, o que não é necessário quando se determina o valor VPP da função, pois, por definição, o valor de pico, V0, é a metade do valor pico-a-pico. Um resistor oferece uma oposição à passagem da corrente elétrica em um circuito, devido à sua resistência elétrica. Em um circuito elétrico a relação entre causa e efeito é a resistência elétrica e é expressa pela relação entre tensão e corrente num resistor, chamada de Lei de Ohm. Nos resistores a corrente é proporcional à voltagem aplicada e a constante de proporcionalidade é chamada de resistência. Isso funciona tanto para correntes contínuas como para correntes alternadas. Vamos Vamos imagin imaginar ar um resist resistor or de valor valor R=1kΩ, R=1kΩ, submetid submetidoo a uma voltagem voltagem altern alternada ada Vg como como a representada na Figura 2. Pela Lei de Ohm a corrente no resistor, nesta situação, é dada por:
Da equação acima vemos que a corrente está em fase com a voltagem, ou seja, quando a voltagem assume um valor máximo, a corrente também está em um máximo. A Figura 3 exemplifica o que é determinado pela equação.
1.1. Indutores.
A indutância é a capacidade de se opor as variações de corrente em um determinado circuito e é representado pela letra L. A unidade de medida da indutância é Henry, representado pela letra H. A indutância de uma bobina depende de diversos fatores: • • • • •
Núcleo; Número de espiras; Espaçamento entre as espiras; Condutor; Indutores em CA.
O indutor é um dispositivo para armazenar energia semelhante ao capacitor. Mas, ao contrário do capacitor , que armazena energia em virtude da tensão que passa através dele, o indutor armazena energia graças ao campo magnético provocado pelo fluxo de corrente através dele. Como a energia não pode mudar rapidamente, a corrente que flui através do indutor não pode mudar rapidamente de valor. Uma vez que nos circuitos de corrente alternada a tensão reverte sua direção em alta velocidade, as mudanças de corrente tendem a ficar atrás da tensão aplicada ao indutor. A diferença real em fase é de noventa graus. A reatância do indutor é calculada pela fórmula:
XL = 2. π. F. L Para fazer face ao atraso de fase de 90 graus da corrente, dão-se à reatância um ângulo de fase de + 90 graus.
2. Objetivos
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Executar medições com o osciloscópio através de um circuito RC série; Comparar os resultados práticos com os teóricos; Compor o diagrama de fasores utilizando as medições realizadas com um multímetro na escala CA.
3. Procedimentos Experimentais 3.1 Materiais • • • • •
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1 osciloscópio; 2 cabos de osciloscópio; 1 multímetro digital; 1 resistor de 22 Ω; 1 indutor de 120mH; 1 placa de bornes; Fios.
3.2. Procedimentos Experimental
1. Montamos Montamos o circuito circuito da figura figura 1 tomando tomando os cuidados, cuidados, ao ao ligá-lo, ligá-lo, para evitar evitar choques choques elétricos elétricos.. Cuidado para não inverter o primário do transformador com o secundário. 2. Colocamos o negativo (referência) da ponta do canal 1 no terminal denominado Ref e a ponta em si, na junção do indutor com o resistor R. A tensão obtivemos é a tensão do indutor. Colocamos a ponta de prova do outro canal na conexão do transformador com o resistor, não ligamos a ponta de referência desta ponta, pois a referências que será utilizada será a do canal 1. Esta tensão é a tensão da fonte/transformador. Notamos que a tensão do indutor está ligeiramente adiantada com relação à tensão da fonte. 3. Sincronizamos o osciloscópio em linha (chave superior da direita do painel do osciloscópio) e medimos as tensões pico a pico das duas tensões. Preenchemos a tabela (Resultados). 4. Alteramos Alteramos a conexão conexão do circui circuito to de maneira maneira a poder poder medir a defasa defasagem gem entre entre a tensão tensão da fonte e a corrente do circuito, sabendo que a tensão sobre o resistor R mantém a fase da correm. Obtivemos Obtivemos o número número de divisões na horizontal horizontal entre o sinal sinal da tensão do transformad transformador or (mais distorcido) e o sinal da tensão no capacitor (não foi necessário manter a mesma escala – apenas o valor de zero de ambos os canais foram os mesmos). Multiplicamos o número pelo fator de escala indicado no botão de base de tempo na horizontal. Usamos a seguinte fórmula para obter a defasagem em graus
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ϕ 377 * 180 graus EF = T TEF = Tempo entre fases.
5. Utilizamos um voltímetro em CA, medimos as tensões na saída do transformador, sobre o resistor e sobre o capacitor colocando-as colocando-as na tabela (Resultado). (Resultado).
4. Resultados 22 Ω
Sinal Vf Vc Vr
Xc = 22 Ω
Vpico-pico 52 48 5,6
Defasagem 2,16º 15º
Z = 26532+ 27002 arctg 26532700 Z = 3785,3 angulo de-44,4° Corrente no Circuito: Î = EZ = 18 angulo 0°3785,3 angulo 44,5° = 0,004755 ângulo de -44,5° A Tensão sobre os resistores: Vr = ÎR = 0, 004755 ângulo de 44,5º. 2700 = 12,84 ângulo -44,5º V Tensão sobre o capacitor: Vc = 12,61 Ângulo de -134,5º V Tensão do capacitor 12 Vpp (Volts Pico a Pico) Defasagem da fonte em relação ao capacitor: 0,4
Tensão Voltímetro 18 18 19
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Escala de tempo: 5ms Tempo de adiantamento do resistor: 377 . 0,002 . 180π = 43,2° (Adiantamento do Capacite em Relação a Fonte). Tensão do resistor: 13, 6 Vpp Defasagem entre o resistor em relação à fonte: 0,8 Escala de tempo: 0,0025 Tempo de atraso do resistor em relação à fonte: 43,2° (Defasagem do resistor em relação a fonte)
5. Conclusão Todos os valores obtidos através da prática no laboratório foram muito próximos dos valores calculados, assim podemos concluir que teve um bom acordo entre os dois valores. O relatório serviu também para podemos ver a diferença entre a fase de duas ondas senoidais, e principalmente, como utilizar bem um osciloscópio.
6. Bibliografia Desconhecido, http://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_alternada>. http://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_alternada>. Acesso em 27 de Outubro de 2009. Aurélio, Marco da Silva, http://www.brasilescola.com/fisica/corrente-alternada.htm >. Acesso em 27 de Outubro de 2009. Colégio Uberaba, http://www.colegiouberaba.com.br/apostilas/eletri/Corrente%20Alternada.pdf http://www.colegiouberaba.com.br/apostilas/eletri/Corrente%20Alternada.pdf >. >. Acesso em 27 de Outubro de 2009.
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