Este documento descreve um experimento realizado em um circuito RL. O objetivo era estudar o comportamento desse circuito ao aplicar uma onda quadrada e observar a tensão nos indutores. Foram realizadas medições com indutores individuais e em combinações série e paralelo. As formas de onda observadas no osciloscópio confirmaram as equações teóricas para a indutância equivalente nesses arranjos.

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
LICENCIATURA PLENA EM FÍSICA
Prática 1: Circuito RL
Elissandro Aquino Mendes(343766)
Disciplina: Eletricidade e Magnetismo III
Professor: Afrânio
Fortaleza
2014

2. Objetivos
- Estudar o circuito RL;
- Estudar a associação de indutores em série e em paralelo;
- Determinar a constante de tempo indutiva do circuito RL;
Material
- Gerador de funções;
- Indutores (3 de 22 mH);
- Resistores (470 Ω, 1 k Ω, 1.8 k Ω);
- Cabos pequenos (cinco);
- Cabo para saída do gerador de funções (BNC-2 Jacarés);
- Ponte de prova para osciloscópio;
- Multímetro digital;
Fundamentos
Nessa prática iremos estudar o comportamento de um circuito muito
importante na eletrônica e em nosso dia a dia. Mesmo passando desapercebido o
circuito RL, assim chamado por conter como componentes um resistor e um
indutor, está presente em praticamente todos os nossos aparelhos elétricos e
eletrônicos, exemplo, há circuitos RL nos computadores, aparelhos de som e
mesmo nas lâmpadas flourescentes mais antigas.
O indutor tem como característica se opor, devido a lei de Lenz, a uma
variação rápida da corrente que passa por ele. Esse detalhe faz todo diferença e
faz surgir comportamentos únicos e interessantes que veremos nos circuitos RL.
Na prática iremos realizar medidas das tensões nos diversos componentes
dos circuitos e assim iremos notar o comportamento do indutor relatado acima.
Os indutores teem uma grandeza característica que nos dá a intensidade
com o que irá responder a alteração da corrente. Essa grandeza chama-se auto-indutância
ou indutância, representada comumente pela letra L, e medida em
Henry (H). Assim como Farad (F), unidade de medida de capacitância, o Henry (H)
é uma unidade grande, ou seja ter um indutor de 1H é complicado devido as
dimensões e/ou características física de construção do mesmo, portanto,
normalmente iremos nos deparar com submultiplos do Henry, tais como mili
henry (mH) ou mesmo pico Henry (pH).

3. Procedimentos
1.
Realizamos cuidadosamente as medidas dos valores reais das resistências que
serão utilizadas. Tivemos que realizar a troca do multímetro devido a problemas
apresentados na escala de 2k. Mesmo procedimento realizado com os indutores.
Assim obtivemos os resultados das tabelas a seguir:
Tabela 1.1 Valor das resistências.
RNominal (훀) 470 1k 1.8k
RMedido (훀) 490 1013 1767
Tabela 1.2 Valores das resistências dos indutores.
Indutor 1 Indutor 2 Indutor 3
RMedido (훀) 49,4 48,7 48,1
2.
Com ajuda do funcionário auxiliar de laboratório, realizamos o ajuste dos
parâmetros do osciloscópio. Esse aparelho teve também que ser substituido uma
vez, pois, não estava atendendo corretamente ao ajuste nos parâmetros Wave e
Range. Por fim, o ajuste foi realizado para que obtivessemos uma onda quadrada
tendo 6 Vpp e uma frequencia de 2 kHz. Citamos que a forma da onda não ficou
perfeitamente quadrada, porém, em comum acordo aceitamos esse pequena
discrepância e vimos que ela não alterou os resultados da prática.
Realizamos um ajuste na posição horizontal do sinal para que tivessemos uma
referêncis perfeita para as leituras dos demais procedimentos.
3.
Ajustamos as escalas de tempo, eixo X, e de tensão, eixo Y, obtendo a forma de
onda reproduzida abaixo:

4. 4.
Realizamos a montagem do circuito esquematizado abaixo:
5.
Realizamos as devidas observações no osciloscópio realizando ajustes finos
quando necessário. Tivemos o cuidado de desenhar a onda considerandos as
escalas nos eixos X e Y. Reproduzimos abaixo as formas de onda visualizadas:

5. 6.
Realizamos os ajustes solicitados no procedimento, alterando a frequencia de
varredura do osciloscópio para 10 kHz. Abaixo reproduzimos as visualizações:
7.
Realizamos a substituição do resistor de 470 para o de 1,8 k. Tivemos que realizar
um pequeno ajuste na frequência, pois, seu valor acabou alterando-se durante a
troca do resistor.
Realizamos as observações e as exibimos abaixo:

6. 8.
Substituimos o indutor pelo conjunto de 2 indutores em paralelo, E conforme a
forma de onda visualizada, exibida abaixo, encontramos os seguintes:
VL (t = 0) = V0 = 4,8 V
VL (t = 50 휇푠) = 0,4 V
Segue onda visualizada:

7. 9.
Alterando a configuração de forma a termos os 3 indutores em série, obtivemos
os valores e forma de onda abaixo explicitados:
VL (t = 0) = V0 = 4,4 V
VL (t = 50 휇푠) = 0,8 V
Segue forma onda visualizada:
Questionário (perguntas)
1. Determine experimentalmente a constante de tempo indutiva do circuito
da figura 1.5. Para isso, obtenha dados do gráfico de VL versus t, Figura 1.6
(a), e substitua na equação 1.7. Compare o resultado com o valor nominal
calculado.
2. Mostre que a indutância equivalente, Leq, de dois indutores L1 e L2
conectados em paralelo é dada por 1/ Leq = 1/L1 + 1/L2.
3. Dos resultados experimentais do procedimento 8, determine a indutância
equivalente dos dois indutores conectados em paralelo. O resultado é
compatível com a expressão obtida na questão anterior ?
4. Mostre que a indutâncis equivalente, Leq, de dois indutores L1 e L2
conectados em série é dada por Leq = L1 + L2.
5. Dos resultados experimentais do procedimento 9, determine a indutância
equivalente dos dois indutores conectados em série. O resultado é
compatível com a expressão obtida na questão anterior ?

8. Questionário (respostas)

9. Conclusão
A prática se mostrou bastante instrutiva e podemos estabelecer e verificar
o comportamento, tanto do transiente que age num circuito RL, quanto do estado
estacionário que se fixa quando o tempo é suficiente, ou seja, da ordem da
constante de tempo indutiva. Também pudemos notar a diferença entre o valor
teórico da tensão e o real, pois, na prática os indutores apresentam uma
resistência interna que causa essa diferença.
Bibliografia
Fisica IV, Sears & Semansky 12ed.
Física Básica, Moysés Nussenzveig.