Relatório ELÉTRICA

Princípios de Kirchhoff

Guilherme Ricchini Leme

Núcleo de Física –  Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Av. Brasil, 4232, Independência, Medineira, Paraná
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Resumo.  O experimento realizado mostra o funcionamento de um circuito RC e o comportamento da corrente elétrica durante os processos de carga e descarga de um capacitor.

1 Introdução

Um capacitor (inicialmente conhecido como um condensador) é um componente eléctrico utilizado para armazenar energia eletrostática num campo eléctrico. As formas dos capacitores varia amplamente, mas todos contêm pelo menos dois condutores eléctricos (placas) separados por um dielétrico (ou seja, um isolador). Os condutores podem ser placas finas de metal, papel alumínio ou discos de metal, entre outros. Os dielétricos "não condutores" são utilizados para aumentar a capacidade de carga do capacitor. Um dielétrico pode ser de vidro, cerâmica, película de plástico, de ar, de papel, de mica, entre outros diversos materiais. Os capacitores são amplamente usados ​​como componentes de circuitos eléctricos, em muitos dispositivos eléctricos comuns. Ao contrário de um resistor, um capacitor ideal não dissipa energia. Em vez disso, um armazena energia sob a forma de um campo eletrostático entre as placas.

1. Funcionamento de um capacitor

Quando há diferença de potencial entre os condutores (por exemplo, quando um capacitor é conectado a uma bateria), um campo eléctrico se desenvolve através do dielétrico, fazendo com que carga positiva (+ Q) se acumule em uma das placas e carga negativa (- Q) se acumule na outra placa. Se a bateria tiver sido ligada em um circuito com um capacitor por um período de tempo suficiente, a corrente não pode fluir através do capacitor. No entanto, se uma tensão alternada é aplicada entre os terminais do capacitor, a corrente passa a fluir.

[pic 1]

Figura 1 (placas de um capacitor, separadas por uma distância com material dielétrico entre elas)

Um capacitor ideal é caracterizada por um valor constante para a sua capacitância. A capacitância é expressa como a razão entre a carga eléctrica (Q) em cada condutor com a diferença de potencial (V) entre eles. A unidade SI da capacitância é o Farad (F), que é igual a um Coulomb por volt (1 C / V). Os valores da capacitância mais comuns variam de cerca de 1 pF (10^-12 F) a cerca de 1 mF (10^-3 F).

A capacitância é maior quando há uma separação mais estreita entre os condutores e/ou quando os condutores têm uma área de superfície maior. Na prática, o dielétrico entre as placas deixa passar uma pequena quantidade de corrente e também tem um limite de intensidade de campo eléctrico, conhecido por rigidez dielétrica.

Os capacitores são amplamente utilizados em circuitos eletrônicos para bloquear a corrente contínua enquanto deixam passar corrente alternada. Também são usados em circuitos de rádios para sintonizar determinadas frequências. Em sistemas de transmissão de energia elétrica, eles estabilizam a tensão e o fluxo de energia.

 

2. Procedimento do Experimento

O procedimento foi realizado com o uso dos seguintes  materiais: fonte de tensão, voltímetro, resistor, chave liga-desliga, capacitor, cronômetro, cabos e placa de borne.

De início, o seguinte circuito foi montado sobre a placa de borne:

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Figura 2 (circuito RC montado em laboratório)

Antes de completar a montagem, o capacitor foi descarregado com o auxílio de um resistor, colocando suas extremidades em curto-circuito.

O multímetro foi colocado em paralelo aos terminais do capacitor e ajustado na função voltímetro. Após a montagem, uma tensão de dez volts foi aplicada ao circuito.

Ao ligar a chave liga-desliga do circuito, iniciou-se o processo de carga do capacitor. Simultaneamente, um cronômetro foi usado para registrar o tempo para se alcançar tensões pré-definidas no circuito. Após ter registrado os processos de carga e descarga no capacitor, mediu-se a tensão em paralelo ao resistor, repetindo o processo.

3. Resultados e Discussão

As tabelas com valores dos tempos de carga no capacitor e as tensões medidas no capacitor e resistor estão dispostas a seguir:

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Tabela 1 (Tensão no capacitor)

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Tabela 2 (Tensão no resistor)

As tabelas com valores dos tempos de descarga no capacitor e as tensões medidas no capacitor e resistor estão dispostas a seguir:

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Tabela 3 (Tensão no capacitor – descarga)

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Tabela 4 (Tensão no resistor – descarga)

Durante o processo de carga a tensão no capacitor atinge aproximadamente 66% da carga relativamente rápido, e após passa a aumentar o tempo necessário para se carregar.

No resistor, durante o processo descarga, a tensão vai diminuindo (fonte desligada, capacitor se descarregando em um circuito) indo gradativamente até metade da tensão armazenada (10 V) e depois aumentando o tempo das cronometragens, pois o capacitor demora mais para dissipar o resto da tensão armazenada.