MEDIDAS DE TENSÃO E FREQUÊNCIA COM O OSCILOSCÓPIO

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO - UFMA

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET

CURSO: ENGENHARIA QUÍMICA

DISCIPLINA: FÍSICA IV EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO 1: MEDIDAS DE TENSÃO E FREQUÊNCIA COM O OSCILOSCÓPIO

SÃO LUIS -MA

2015

1. OBJETIVOS

- Verificar, utilizando o osciloscópio, as formas de onda senoidal, triangular, quadrada;

- Medir tensões alternadas, contínuas e frequências com o osciloscópio.

2. INTRODUÇÃO

              O osciloscópio é um instrumento cuja finalidade básica é visualizar fenômenos elétricos com elevado grau de precisão. Ele consiste basicamente em um tubo de raios catódicos que possibilita, entre outras coisas, medidas de corrente de tensão elétrica (contínua e alternada) através das deflexões de um estreito feixe eletrônico. Na posição em que o feixe eletrônico incide sobre uma tela fluorescente, ele produz um ponto luminoso. Através dos deslocamentos deste ponto podem ser feitas medidas bastante precisas de tempo e frequências, possibilitando também a produção de gráficos estabilizados de tensões periódicas.

              O gerador de sinais, ou de funções é uma fonte de sinais que combina várias funções em uma unidade. Ele é um aparelho que gera voltagens (V) variáveis como funções do tempo t. As voltagens geradas são periódicas, de período T (dado em segundos), frequência f (dada em Hz) e amplitude V0, assemelhando-se a uma onda. É por esse motivo que cada função de voltagem gerada é denominada de forma de onda. A voltagem gerada pode ter valores positivos ou negativos em relação a uma referência que é denominada de GND ou terra. A amplitude V0 da forma de onda corresponde ao valor máximo, em módulo, da voltagem gerada em relação à referência (terra).  

Existem dois tipos de tensão: contínua e alternada. A tensão contínua (VDC)  não muda sua polaridade com o tempo. Essa tensão pode ser contínua constante ou contínua variável. A tensão contínua constante mantém o seu valor em função do tempo, enquanto que, a tensão contínua variável varia seu valor, mas, sem mudar sua polaridade

[pic 1]

Figura 1: Em (a) tensão contínua constante. Em (b), (c) e (d) tensões contínuas variáveis.

              A tensão contínua variável pode ser repetitiva ou periódica, ou seja, repetir um ciclo de mesmas características a cada intervalo de tempo. Para toda função periódica, definimos período (T) como sendo o tempo de duração de um ciclo completo, e frequência (f) como sendo o número de ciclos em um intervalo de tempo igual a 1 segundo. A unidade do período é dada em segundos (s) e a freqüência em Hertz (Hz). Como temos 1 ciclo completo da função em um tempo igual a 1 período e f ciclos em 1 segundo, podemos estabelecer:

                                           f = 1/T         ou        T = 1/f

            Para uma tensão com características periódicas existe a necessidade de se estabelecer um valor que indique a componente DC da forma de onda. Este valor é denominado valor DC ou valor médio e representa a relação entre a área resultante da figura, em um intervalo de tempo igual a um período, e o próprio período. O valor DC é medido por um voltímetro nas escalas VDC e pelo osciloscópio.

            A tensão alternada ( Vac) varia de polaridade com o tempo. A distribuição senoidal obedece uma função do tipo:

v (t) = VMÁX sen(ω t + θ)

         v (t) é o valor instantâneo da tensão,

        VMÁX é o máximo valor que a tensão pode atingir, também denominada de amplitude ou tensão de pico,

• é a velocidade angular (ω = 2πf ou ω = 2π/T),

t é um instante qualquer, e        θ  é o ângulo de defasagem inicial.

Para exemplificar, a figura 3 mostra uma tensão alternada senoidal, cuja função é:

v (t) = 20 sen(500π t - π/4)

[pic 2]

Figura 2 : Tensão alternada senoidal: v (t) = 20 sen(500π t - π/4)

Além do valor de pico (Vp), temos o valor pico-a-pico (Vpp) que é igual a variação máxima entre o ciclo positivo e o negativo, e o valor eficaz (Vef), que equivale a uma tensão contínua a qual aplicada a um elemento resistivo, dissipa a mesma potência que a alternada em questão. Para a tensão alternada senoidal:

Vef = Vp / (2)1/2

3. MATERIAL EXPERIMENTAL

• Fonte DC variável;
• Osciloscópio;
• Gerador de sinais;
• Multímetro.

4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

              Primeiramente um circuito foi montado, conectando o osciloscópio a uma fonte de corrente DC através de um cabo de prova. A fonte contínua foi ajustada respectivamente a 2V,5V,8V,10V e 17,5V e em seguida, as variações devido a cada tensão submetida, eram observadas no osciloscópio.

              O mesmo procedimento acima deveria ter sido feito utilizando uma fonte AC, entretanto, devido a problemas técnicos, não foi possível ter essa análise.