FACULDADE DE TALENTOS HUMANOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS DE MEDIDAS ELÉTRICAS
VERSÃO: 1.0 AGOSTO DE 2013
PROF. ENG. ESP. ANTONIO CARLOS LEMOS JÚNIOR
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SUMÁRIO INSTRUÇÕES PARA ELABORAÇÃO DOS RELATÓRIOS: ................................... 1
NORMAS DE CONDUTA E INSTRUÇÕES DO LABORATÓRIO DE MEDIDAS
ELÉTRICAS: ........................................................................................................... 2
TÍTULO: Resistores e a Lei de Ohm - Comprovando a Lei de Ohm com
instrumentos de medição ........................................................................................ 3
TÍTULO: Leis de Kirchhoff - Comprovando as Leis de Kirchhoff com instrumentos
de medição ............................................................................................................ 21
TÍTULO: Linearidade e Superposição - Comprovando a linearidade e superposição
com instrumentos de medição ............................................................................... 27
TÍTULO: Teoremas de Thévenin e Norton - Comprovando os teoremas de
Thévenin e Norton com instrumentos de medição ................................................ 33
TÍTULO: Teoria e utilização do osciloscópio ......................................................... 40
TÍTULO: Circuitos RC e RL - CC Transitório ......................................................... 63
TÍTULO: Circuito RLC - CC Transitório - Gerador de sinais e Osciloscópio ......... 82
TÍTULO: Potência complexa e fator de potência ................................................... 91
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INSTRUÇÕES PARA ELABORAÇÃO DOS RELATÓRIOS:
Os relatórios a seguir deverão ser feitos em computador observando os seguintes critérios:
• Os relatórios deverão ser entregues impressos e com qualidade.
• Uma cópia do relatório deverá ser encaminhada ao e-mail do professor. Cópia
idêntica a entregue impressa.
• Os relatórios deverão estar nas normas da faculdade (ABNT). Caso não possua
a norma da faculdade para elaboração de trabalhos acadêmicos entre em
contato para que a mesma possa ser enviada.
• Relatórios idênticos serão desconsiderados.
• Relatórios devem conter capa, folha de rosto, sumário, lista de figuras, lista de
tabelas, referências bibliográficas, conclusão.
• Os relatórios devem conter os códigos fontes dos programas elaborados.
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NORMAS DE CONDUTA E INSTRUÇÕES DO LABORATÓRIO DE MEDIDAS ELÉTRICAS:
1. As aulas práticas de Laboratório de Medidas Elétricas são desenvolvidas em grupo.
Em razão disso, os estudantes podem e devem discutir os procedimentos e resultados
entre si durante a realização das práticas.
2. O horário de realização das práticas deve ser rigorosamente cumprido. A
manutenção do Laboratório exige o envolvimento de funcionários os quais não podem
ficar à disposição dos seus usuários indefinidamente.
3. Será tolerado um atraso de, no máximo, 10 minutos. Decorrido esse tempo, será
anotada falta ao estudante. Portanto, haverá controle de frequência em todas as aulas.
4. Portar uma cópia do roteiro da experiência em questão é indispensável a todos os
alunos. Não compareça ao laboratório sem ela!
5. Ao finalizar os trabalhos em laboratório, deixar os equipamentos, os instrumentos e a
bancada em ordem, para que possam ser utilizados posteriormente por outros alunos
6. O critério de avaliação do desempenho do estudante se dará pela avaliação das
medidas encontradas nos relatórios práticos, montagem dos equipamentos para
medições bem como das conclusões obtidas pelo mesmo ao final de cada aula prática.
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TÍTULO: Resistores e a Lei de Ohm - Comprovando a Lei de Ohm com instrumentos de
medição
OBJETIVO:
• Ler o valor nominal de cada resistor através do código de cores. • Conhecer os tipos de potenciômetros. • Medir a variação da resistência do potenciômetro. • Verificar a Lei de Ohm para resistores. • Utilizar o multímetro como equipamento de medição
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA:
Antes da realização prática dos experimentos serão abordados os conceitos
pertinentes aos equipamentos e componentes que serão utilizados para a realização da
parte experimental.
1. MATRIZ DE PONTOS (PROTOBOARD)
A Matriz de Pontos (nome genérico) ou Protoboard (marca registrada), consiste
de pontos ligados internamente possibilitando a montagem de componentes e CIs
(circuitos integrados) sem que seja necessário usar solda. Existem de diversos tipos e
tamanhos, mas basicamente todos têm o mesmo aspecto. A principal diferença são os
números de pontos de conexão.
Os barramentos verticais, em geral, são usados para alimentação (+Vcc, GND e
-Vcc). Abaixo se pode verificar como é a configuração das trilhas do Protoboard e os
bornes para conexão da alimentação, Observando também que o borne de cor preta
está conectado ao terra, ou seja, possui ligação com a carcaça.
Para os experimentos práticos é muito importante seguir a padronização das
cores da fiação. Isso facilita na hora de identificar possíveis erros na montagem do
experimento além de seguir com padrões técnicos na hora da montagem.
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Figura 1 - Matriz de pontos (Protoboard)
Um multímetro é um instrumento que permite efetuar a medida de várias
grandezas elétricas (tensão, resistência, corrente, capacitância, indutância, freqüência e
outras) além de poder efetuar testes em diodos e transistores.
Figura 2 - Multímetro e pontas de prova
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Chave seletora de função: Seleciona qual a grandeza (corrente tensão ou resistência)
que será medida.
Para usar um multímetro:
• Use a chave de seleção de função para escolher a escala e o tipo de grandeza
(Tensão CC ou AC, Corrente CC, Resistência) a ser medida tensão, corrente,
resistência.
• Quando não estiver usando o multímetro deixe a chave na posição OFF
(desligar).
• Em hipótese nenhuma ligue o instrumento a uma tensão quando a escala de
corrente estiver selecionada.
Bornes de Entrada: São os terminais através dos quais conectamos o instrumento ao
circuito ou componente. Existem 3 bornes no seu instrumento:
• COM: Terminal comum ou negativo (no caso de medida que tenha polaridade).
• V_mA: Terminal para medir tensão, resistência, corrente . É o terminal positivo
(no caso de medida de corrente e tensão).
• X(A): Terminal para medir corrente CC até X(A). É o terminal positivo.
2. OHMÍMETRO
Para se efetuar medida com o ohmímetro, deve-se desconectar o elemento que
se quer medir do restante do circuito. Caso isto não seja feito, a resistência medida
pode ser o resultado de uma associação de resistores e não do resistor que se deseja
medir.
Quando há interesse em fazer medida de resistência relacionada ao isolamento,
existe um ohmímetro especial chamado de Megômetro. Este instrumento é utilizado de
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forma semelhante ao ohmímetro. A diferença básica é que o megômetro tem escala
suficiente para alcançar valores muito alto de resistência.
Figura 3 - Carga sendo desconectada do circuito elétrico
3. VOLTÍMETRO
O voltímetro é conectado em paralelo com o elemento para o qual se pretende
medir a tensão (veja Figura 4), devendo o circuito deve estar ativo no ato da medida. A
resistência interna do voltímetro (ri) é um dos parâmetros que o caracteriza. Quanto
maior a resistência interna ri, mais próximo o voltímetro está do ideal. Logo, a corrente
que será desviada do circuito para dentro do voltímetro será mínima. Para efeitos
práticos, a resistência interna do voltímetro é considerada igual a infinito (ri ≈ ∞) caso
ele seja corretamente utilizado.
Figura 4 - Medição de tensão utilizando um voltímetro
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4. AMPERÍMETRO Além de analógico ou digital, um amperímetro pode ser também classificado como
convencional ou de alicate. O amperímetro de alicate normalmente é fabricado para medir
correntes mais altas. É geralmente utilizado em redes elétricas de alta tensão e em circuitos onde
não é possível a interrupção da passagem de corrente elétrica.
Para se efetuar uma medida de corrente com um amperímetro convencional é necessário
interromper o circuito para se intercalar o amperímetro, fazendo com que toda a corrente passe
através do mesmo (veja Figura 5). Obviamente o circuito deve estar ativo no ato da medição.
A resistência interna de um amperímetro (ri) deve ser o mais próxima possível de zero.
Para efeitos práticos, a resistência interna do amperímetro é considerada igual a zero (ri ≈ 0), caso
ele seja corretamente utilizado. Portanto deve-se sempre fazer a ligação em série, pois se ligado
em paralelo introduzirá um curto-circuito, podendo danificar componentes e o próprio
amperímetro.
Figura 5 - Medição de corrente utilizando amperímetro
5. FONTES
O laboratório é equipado com fontes de tensão com saídas reguláveis conforme
ilustrado na figura 6.
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Figura 6 - Fonte de alimentação com saídas reguladas
1 - Botão Liga/Desliga
2 - Modo de operação
3 - Controle da fonte da direita
4 - Controles da fonte da esquerda
5 - Controle para fonte fixa 5 V
Figura 7 - Botões de ajuste da fonte de tensão
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6. RESISTORES
6.1 Resistores Fixos
Os resistores fixos são geralmente especificados por três parâmetros: o valor nominal
da resistência elétrica; a tolerância, ou seja, a máxima variação em porcentagem do
valor nominal, e a máxima potência elétrica dissipada. dentre os tipos de resistores
fixos, destacamos os de fio, de filme de carbono e de filme metálico.
Figura 8 - Símbolo para resistores
• Resistor de fio : Consiste basicamente de um tubo cerâmico que serve de
suporte para o enrolamento de um determinado comprimento de fio de liga
especial, para obter-se o valor de resistência desejado. Os terminais desse fio
são conectados às braçadeiras presas ao tubo. Além desse, existem outros tipos
construtivos esquematizados, conforme mostra a Figura 9.
Figura 9 - Resistores de fio
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Os resistores de fio são encontrados com valores de resistência de alguns ohms
até alguns kilo-Ohms, e são aplicados onde se exige altos valores de potência, acima
de 5W, sendo suas especificações impressas no próprio corpo do resistor.
• Resistor de filme carbono: Consiste de um cilindro de porcelana recoberto por
um filme (película) de carbono. O valor da resistência é obtido mediante a
formação de um sulco, transformando a película em uma fita helicoidal. Este
valor pode variar conforme a espessura do filme ou a largura da fita. Como
revestimento, encontramos uma resina protetora sobre a qual será impresso um
código de cores identificando seu valor nominal e sua tolerância.
Figura 10 - Resistores de Filme de Carbono
Os resistores de filme de carbono são destinados ao uso geral e suas dimensões
físicas determinam a máxima potência que pode dissipar.
• Resistor de filme metálico: Sua estrutura é idêntica ao do de filme de carbono,
exceto que utiliza uma liga metálica (níquel-cromo) para formar a película,
obtendo valores mais precisos de resistência, com tolerância de 1% e 2%. O
código de cores, utilizado nos resistores de película, é ilustrado pela Figura 8,
que está associada com a Tabela 1.
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Figura 11 - Código de cores para resistores
Observações:
1- A ausência da faixa de tolerância indica que esta é de ± 20%.
2- Os resistores de precisão apresentam cinco faixas, onde as três primeiras
representam o primeiro, segundo e terceiro algarismos significativos e as demais,
respectivamente, o fator multiplicativo e a tolerância.
Na Tabela 2 têm-se os valores os resistores encontrados comercialmente. Existe
uma padronização baseada nos níveis de tolerância dos mesmos. Os padrões de
tolerância são: 1%, 5%, 10% e 20%.
Tabela 1- Código de cores para resistores
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Tabela 2 - Valores padronizados para resistores de película
6.1 Potenciômetros
Um potenciômetro, conforme a Figura 12, consiste basicamente de uma película
de carbono ou de um fio, que ao ser percorrido por um cursor móvel, através de um
sistema rotativo ou deslizante, altera o valor da resistência entre seus terminais.
Comercialmente, os potenciômetros são especificados pelo valor nominal da
resistência máxima impresso em seu corpo.
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Figura 12 - Estrutura interna básica de um potenciômetro
Na prática, encontramos vários modelos de potenciômetros, que, em função do
tipo de aplicação, possuem características mecânicas diversas. A Figura 13 mostra um
potenciômetro de fio e a Figura 14, alguns tipos de potenciômetros de película de
carbono.
Figura 13 - Potenciômetro de fio
Os potenciômetros de fio são aplicados em situações onde é maior a sua
dissipação de potência, possuindo uma faixa de baixos valores de resistência (até Kilo-
Ohm). Os potenciômetros de película são aplicados em situações de menor dissipação
de potência, possuindo ampla faixa de valores de resistência (até Mega-Ohm).
Quanto à variação de resistência, os potenciômetros de película de carbono
podem ser lineares ou logarítmicos, isto é, conforme a rotação do seu eixo, sua
resistência varia obedecendo a uma característica linear ou logarítmica. Estas
características são vistas nas Figuras 15 e Figura 16. O potenciômetro logarítmico é
muito utilizado para controlar o volume de saída do som em amplificadores de sinais de
áudio.
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Figura 14 - Potenciômetro de película de carbono
Figura 15 - Característica de variação da resistência de um potenciômetro linear (LIN)
Figura 16 - Característica de variação da resistência de um potenciômetro logarítmico
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Para medirmos a variação da resistência de um potenciômetro utilizamos um
ohmímetro, devendo este ser conectado entre o terminal central e um dos extremos,
como ilustra a Figura 17.
Figura 17 - Medida da resistência de um potenciômetro
Ao girarmos o eixo no sentido horário, como mostra a Figura 17, teremos uma
diminuição da resistência entre os terminais B e C e um aumento entre os terminais A e
C, sendo que a soma destes dois valores será sempre igual à resistência nominal. O
símbolo de um potenciômetro pode ser visto na Figura 18.
Figura 18 - Símbolo de um potenciômetro
7. POTENCIÔMETROS “Em um bipolo ôhmico, a tensão aplicada aos seus terminais é diretamente
proporcional à intensidade de corrente que o atravessa”. Assim sendo, podemos
escrever:
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Levantando-se, experimentalmente, a curva da tensão em função da corrente para um bipolo ôhmico, tem-se uma característica linear, conforme mostra Figura 19.
Figura 19 - Curva característica de um bipolo ôhmico.
Pela figura 19 nota-se que: ∆
∆, onde concluímos que
(resistência Ω). Um bipolo ôhmico é aquele que segue esta característica linear.
8. MATERIAL UTILIZADO
• Fonte de tensão variável (DC Power Supply)
• Transferidor.
• Resistores: 560Ω, 1kΩ, 12kΩ e 56kΩ. (1/4W ou 1/2W)
• Potenciômetro: 4,7KΩ/LIN.
• Multímetro (Voltímetro, Amperímetro e Ohmímetro).
9. PRÉ-RELATÓRIO Ler o item 10 (Parte Experimental) e resolver teoricamente os circuitos propostos
com os valores nominais para os resistores, preenchendo as tabelas nas linhas que se
referem aos valores calculados e verificar com o instrumento de medida se os valores
correspondem com a prática.
10. PARTE PRÁTICA 10.1 Resistores
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10.1.1 - Identifique e meça os resistores (diversos) preenchendo a Tabela 3 abaixo.
Tabela 3 - Leitura das resistências
10.2 Potenciômetros: 10.2.1 Medir a resistência entre o terminal central e um dos terminais externos do
potenciômetro P1 (4,7 kΩ/LIN) de maneira a preencher a Tabela 4.
Tabela 4 - Leitura da resistência entre os terminais do potenciômetro.
10.3 Lei de Ohm
10.3.1 Para levantar a curva característica de um bipolo ôhmico (Resistência), precisa-
se medir a intensidade de corrente que o percorre e a tensão aplicada aos seus
terminais, para isso, monta se o circuito da Figura 20, de tal maneira a preencher os
dados requisitados na Tabela 5.
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Figura 20 - Circuito para comprovação da lei de Ohm.
Tabela 5 - Tensão X Corrente
10.3.2 Baseado nos valores práticos de tensão e corrente da Tabela 5, calcule o valor
médio de cada resistência e preencha a Tabela 6.
Tabela 6 - Cálculo das resistências a partir da Tabela 5.
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11. QUESTIONÁRIO
11.1 Determine a sequencia de cores para os resistores abaixo:
a) 2,2kΩ ±5% ______________________________________________________
b) 33kΩ ±10% ______________________________________________________
c) 4,7Ω ±5% ______________________________________________________
d) 118Ω ±1% ______________________________________________________
e) 0,56Ω ±2% ______________________________________________________
11.2 Os experimentos se mostraram válidos? Explique por quê?
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11.3 Comente os resultados, erros encontrados e possíveis fontes de erros.
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20
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