Relatorio de Propriedades Mec.

7/26/2019 Relatorio de Propriedades Mec.

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Estudo dos Processos de Carga e Descarga de um Capacitor

UNESP UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

JLI DE !ES"UITA #IL$%

Re&at'rio #(sica E)perime*ta&II

Pro+, !auricio A*to*io A&gatti

Assu*to- Estudo dos Processos de Carga eDescarga de um Capacitor%

.assio A&/es #reire 011230

Turma 450

Nestor $idetomi So6e* 010410

Pau&o C7sar Crispim!ira8e&i

010430

9i&so* .ios:i Ara6i J;*ior 014320

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4100

0


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Sumrio

Objetivo.................................................................................................................2

Resumo..................................................................................................................2

Introduo..............................................................................................................2

Arranjoexperimental.............................................................................................4

Resultados ediscusses.........................................................................................5

Concluso...............................................................................................................

Re!er"nciasbiblio#r$%cas.....................................................................................

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ObjetivoMedidas da corrente eltrica durante os processos de carga e descarga de um

capacitor e anlise de um circuito RC srie. Determinao da constante de tempo de umcircuito RC.

RESUMO

Para estudar o comportamento de carga e descarga dos capacitores foramrealizadas medidas da corrente eltrica em funo do tempo e foi feita a anlise de umcircuito RC srie (circuito no qual a corrente varia com o tempo! "em como adeterminao da constante de tempo de um circuito RC.

# circuito mostrado na fig.$ foi montado e os processos acima citados foram

analisados.# e%perimento consistiu "asicamente em conectar a fonte ao circuito! carregar o

capacitor! desconectar a fonte e descarregar o capacitor. #s dados o"tidos foramrelacionados em ta"elas e grficos! os quais sem encontram ane%os a este relat&rio.'lgumas questes foram levantadas para a)udar na anlise e discusso dos resultados.

INTRODUO TERICA

*m $+,-! o fsico /oland0sPieter van Mussc/em"roe1!

professor em 2eiden! estavatentando introduzir cargaeltrica na gua de um recipiente!ligada a um cano metlicocarregado! atravs de um fiode co"re mergul/ado nagua. *nquanto um estudantesegurava o recipiente! Pieter carregava o cilindro por atrito. 'cidentalmente! o estudanteencostou a mo no cano metlico e rece"eu um c/oque violento. Curioso! o professor

tomou o lugar do aluno e repetiu o procedimento acidental do estudante! rece"endo umc/oque ainda maior. *stava ento desco"erto o primeiro capacitor! con/ecido na pocacomo A garrafa de Leiden. Portanto! a partir deste momento! perce"eu3se que era

possvel armazenar cargas eltricas.Mas como ocorre esse armazenamento de energia4Capacitores so dispositivos constitudos por duas ou mais placas metlicas

separadas por um meio dieltrico! podendo este ser um lquido! s&lido ou um gs inerte.'plicada uma diferena de potencial entre as placas constituintes de um capacitor!eltrons livres fluem de uma placa para outra! criando um campo eltrico entre elas e aenergia armazenada neste campo.

5al energia pode ser utilizada para diversos fins! como alimentar um circuitoeltrico.

#s capacitores podem ser planos! cilndricos ou esfricos.

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Considerando3se duas placas planas paralelas separadas por uma dist6ncia d(muito menor que a dimenso das placas! tem3se que o campo eltrico entre as placas

pode ser considerado uniforme e! portanto! as placas paralelas formam um capacitorplano.

Dois cilindros coa%iais de raios diferentes formam um capacitor cilndrico e o

capacitor esfrico formado por duas esferas condutoras conc0ntricas de raiosdiferentes.

'o se estudar um capacitor! interessante analisar a ta%a de transfer0ncia decargas de uma placa 7 outra.

Para isso! deve3se considerar o circuito a seguir esquematizado8

FIGURA 1 Esquema do circuito RC

9nicialmente! analisa3se o comportamento do circuito durante o processo decarga do capacitor. 'o se conectar a c/ave : na posio $ tem3se! pela 2ei de ;irc/off!que8

($

Diferenciando em relao a t e rearran)ando os termos o"tm3se8

(


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(-

ue resulta em8

(+

'gora! passa3se a analisar o comportamento do circuito durante o processo dedescarga do capacitor! assumindo que o mesmo se encontre inicialmente carregado comuma carga q>? C@>.

'o se conectar a c/ave : no terminal < do circuito tem3se! segundo a 2ei de;irc/off! que8

(

Diferenciando em relao a t e dividindo por R! tem3se8

(E

*sta equao id0ntica 7 equao (? @>AR e @C(> ? 3 @>.#u8 9>? 3 @>AR e @C(> ? @>.Portanto8

($>

' diferena de potencial no capacitor dada por8

($$

:endo 3@>a diferena de potencial no capacitor no instante t ? >.

ARRANJO EXPERIMENTAL

Primeiramente! foi montado no la"orat&rio o circuito esquematizado na figura


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FIGURA 2 Esquema do circuito utilizado na montagem experimental

@erifica3se na figura = a seguir a montagem do circuito esquematizado acima eque foi utilizada no la"orat&rio8

FIGURA 3 ontagem completa utilizada e proto!oard com capacitores

5erminada a montagem! utilizou3se um ca"o com pinos do tipo F"ananasG nase%tremidades para provocar um curto3circuito no capacitor.

' sada da fonte foi conectada ao circuito e a tenso foi a)ustada de modo que acorrente fosse de $>> H' (corrente de fundo de escala. # valor da tenso foi mantido(

' partir do momento em que uma das e%tremidades do ca"o foi conectada aoponto '! iniciou3se 7 contagem do tempo com o au%lio de um cronJmetro e o processode carga do capacitor passou a ser analisado. ' cada intervalo de $> H' o valor dotempo foi registrado! desde t ? > (para i ? $>>H' at o tempo final (para i ? $>H'.

#s valores de corrente e de tempo! "em como o tempo mdio se encontramrelacionados na ta"ela $ a seguir8

"empo e Corrente na Carga de um Capacitori

#$A%"empo &minutos 'cent(simos de segundos ' cent(simos de segundo)

"1 "2 "3 "* "+ ", "- ". "/ "10 "(d/0 8>= E8-+ E8B E8-=,0 $=8,$ $=8,$ $=8- $=8EB $=8E> $=8- $=8EE $,8$= $=8BE $,8$+ $=8$

?


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+0 $8 $8E> $E8$+ $8B $8E> $8 em ;un7:o do tempo> sendo I acorrente medida em um dado instante e I0@ 0?R4 Fa7a tam!(m os gr=;icos>em papel milimetrado> para os processos de carga e descarga> utilizando os9alores m(dios calculados acima4

#s grficos confeccionados se encontram em fol/as ane%as a este relat&rio.

*4 a teoria temos que 4 etermine os 9alores de RC a partir dos

gr=;icos &um para o processo de carga e o outro para o processo de descarga)4Calcule o seu 9alor m(dio e ent:o compare o 9alor experimental com o 9alor

terico para RC4

Para o processo de descarga! N ? 3


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+4 Fa7a um gr=;ico das equa78es + e -> 9ariando t de 0 at( 2RC> utilizando os9alores experimentais de > R e RC4 Bo gr=;ico da corrente> coloque os 9aloresm(dios dos pontos experimentais o!tidos4 Comente os resultados4

#s grficos confeccionados se encontram em fol/as ane%as a este relat&rio.

@erificou3se que os valores o"tidos e%perimentalmente se encontram "em pr&%imospara os processos de carga e descarga.

,4 Repita o procedimento anterior para as equa78es da corrente e tens:o nocapacitor durante o processo de descarga4 Comente os resultados o!tidos4

#s grficos confeccionados se encontram em fol/as ane%as a este relat&rio.@erificou3se que os valores o"tidos e%perimentalmente se encontram "em pr&%imos

para os processos de carga e descarga.

C5BCUDED

Durante a realizao do e%perimento foram analisados o comportamento docapacitor e sua capacidade de armazenar energia! pois ele ora tra"al/ou como receptorde corrente! ora como fonte de corrente para o circuito quando este foi desconectado da

"ateria.Oo processo de descarga! a anlise dos grficos nos revela que a corrente no

circuito diminui com o decorrer do tempo! assim como sua voltagem! pois esto sendopassadas para o circuito e sendo dissipadas no resistor. Durante o processo de carga! a

voltagem do capacitor aumenta com o decorrer do tempo! indicando o armazenamentoda energia.' partir do grfico foram o"tidos os valores de RC para carga e descarga!

tiramos a mdia e verificamos que ficou "em pr&%imo do esperado. *ssa pequenadiferena do valor te&rico deve3se ao fato de que a aparel/agem utilizada noe%perimento possui um desvio nas medidas mostradas. Como e%emplo! pode3se citar omicro3ampermetro! que possui um indicador anal&gico em vez de um visor digital!dificultando a leitura dos seus dados.

Da mesma forma! os tempos anotados nas dez medidas realizadas se encontrampr&%imos (com um pequeno desvio padro e! portanto! foi necessrio o clculo do valormdio do tempo.

RE!ER"NCIAS #I#LIO$R%!ICAS

$. < A4"ipler Ksica3*letricidade e Magnetismo! tica @ol.


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=. *studo Dirigido F*studo dos processos de carga e descarga de umcapacitorG! ela"orado pelo professor Maurcio 'ntonio 'lgatti.

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