Aula Prática Circuitos elétricos

Aula Prática Circuitos elétricos

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA
NOME DA DISCIPLINA: CIRCUITOS ELÉTRICOS
Unidade: LEIS E TEOREMAS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS
Seção: TEOREMA DE CIRCUITOS – PARTE II
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Medir a potência em uma carga. Verificar experimentalmente que a máxima potência transferida
de uma fonte CC para a carga ocorre quando a resistência da carga é igual a resistência interna
da fonte.
INFRAESTRUTURA
Instalações – Materiais de consumo – Equipamentos:
SISTEMAS ELÉTRICOS, ELETRÔNICOS E AUTOMAÇÃO
Materiais de consumo:
• FIOS PARA CONEXÃO NO PROTOBOARD
~ O necessário por grupo de alunos
• MULTIMETRO DIGITAL PORTATIL
~ 2 por grupo de alunos
• POTENCIOMETRO 0 – 1000 OHM
~ 1 por grupo de alunos
• RESISTOR 100 OHM
~ 1 por grupo de alunos
• TRIMPOT DE PRECISÃO DE 15 VOLTAS DE 0-1000 OHM
~ 1 por grupo de alunos
LABORATÓRIO DE INFORMÁTICA
Equipamentos:
• Desktop Engenharia Positivo Master D3400
~ 1 por grupo de alunos
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SISTEMAS ELÉTRICOS, ELETRÔNICOS E AUTOMAÇÃO
Equipamentos:
• FONTE ALIMENTACAO DIGITAL SIMETRICA
~ 1 por grupo de alunos
SOLUÇÃO DIGITAL
• MICROSOFT EXCEL (Software)
Microsoft Excel – É um software de planilha eletrônica amplamente utilizado para análise de
dados, cálculos e gerenciamento de informações.
• MULTISIM (Web)
O MultiSim é um programa de captura e de simulação de esquemas eletrônicos que funciona
com base no SPICE (Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis) e serve para
simular circuitos de eletrônica analógica, digital e de potência com fontes, resistores,
capacitores, indutores, diodos, transistores etc.

EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI)
Os alunos devem atentar para as regras do laboratório.
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS
Procedimento/Atividade nº 1 (Físico)
Atividade proposta:
Verificação prática do Teorema da Máxima Transferência de Potência.
Procedimentos para a realização da atividade:
Com auxílio do software de simulação de circuitos elétricos monte o circuito apresentado na
Figura 1, e simule. Posteriormente, monte o mesmo circuito com a fonte DESLIGADA, no
protoboard. Um multímetro deverá ser utilizado na função de Amperímetro (Corrente Contínua),
enquanto o outro ficará na função de voltímetro (Corrente Contínua).
Aula Prática Circuitos elétricos
Figura 1 – Circuito resistivo.
Em seguida, construa um gráfico da Ppot x Rpot (calculada por V/I) e verifique o ponto que a
potência é máxima.
Checklist:
1. Com auxílio do software de simulação monte o circuito apresentado na Figura 1.
2. Rode a simulação e obtenha os valores de corrente e tensão na carga.
3. Faça uma verificação teórica dos valores simulados.
4. Monte na protoboard o circuito da Figura 1
5. Ligue a fonte e utilize o multímetro (na função voltímetro CC) para ajustá-la em 5V.
6. Uma vez ajustado o valor da fonte, utilize o multímetro (na função voltímetro) e meça a
tensão no potenciômetro. Ajuste o potenciômetro em 0 Ohm, nesse momento o multímetro
deverá medir 0 V.
7. Ajuste o potenciômetro de modo a obter através da lei de Ohm (Rpot = Vpot / I) uma variação
de 10 em 10 Ohm, até o valor de 250 Ohm, obtendo então 25 pontos. Anote em uma tabela o
valor da resistência do potenciômetro e a respectiva corrente I.
8. Para cada par de valores (corrente e valor do potenciômetro) calcule a potência dissipada na
carga, ou seja, calcule: Ppot = Rpot * I^2.
9. Construa um gráfico Ppot x Rpot.
10. Através do gráfico verifique o ponto em que a potência na carga é máxima.
Procedimento/Atividade nº 1 (Virtual)
Atividade proposta:
Analisar circuitos elétricos e aplicar os teoremas de circuitos
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Neste experimento você vai fazer a montagem e análise de circuitos elétricos para comprovar os
teroremas da transformação de fonte e da máxima transferência de potência
1) O teorema da transformação de fonte trata da substituição de fontes de tensão por fontes de
corrente e vice-versa, mantendo inalteradas as características do circuito original, e descreve
como uma rede de circuitos complexos pode ser simplificada em um circuito equivalente mais
simples, que facilita a análise e o cálculo das grandezas elétricas, como tensão e corrente.
O teorema da transformação de fonte é composto por dois teoremas relacionados, o Teorema de
Thévenin e o Teorema de Norton. Assim, um circuito de Thévenin que consiste em uma fonte de
tensão ideal em série com uma resistência pode ser transformado em um circuito de Norton que
consiste em uma fonte de corrente ideal em paralelo com uma resistência.
2) O teorema da máxima transferência de potência é um conceito fundamental em circuitos
elétricos que descreve as condições sob as quais a potência é transferida de uma fonte de energia
(geralmente um gerador ou uma fonte de tensão) para uma carga de forma eficiente. O teorema
estabelece que a potência transferida é máxima quando a resistência da carga é igual à
resistência interna da fonte de energia. A potência máxima é entregue a uma carga quando a
resistência de carga (Rcarga) é idêntica à resistência de Thévenin quando vista da carga (RTH),
calculada de acordo com a equação (1):
Procedimentos para a realização da atividade:
Etapa 1: compreendendo o experimento:
O Multisim Live é uma ferramenta baseada na web para a criação e simulação de circuitos
eletrônicos. Para criar uma conta no Multisim Live e acessar a plataforma, siga este passo a
passo:
1) Acesse o Site do Multisim Live:
Abra seu navegador da web e vá para o site oficial do Multisim Live. Você pode fazer isso
pesquisando “Multisim Live” em um mecanismo de busca ou acessando diretamente o site oficial,
se você souber o endereço. Clique em “Sign Up”, opção para criar uma conta.
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3) Preencha o Formulário de Inscrição:
Você será direcionado para um formulário de inscrição onde precisará fornecer algumas
informações pessoais, como seu nome, endereço de e-mail, senha e outras informações de
registro, dependendo dos requisitos do site.
4) Aceite os Termos e Condições (se necessário):
Leia os termos e condições de uso da plataforma, se fornecidos, e aceite-os, se concordar com
eles. Isso é comum em serviços online.
5) Faça Login na Conta:
Após concluir o processo de inscrição, retorne à página inicial do Multisim Live. Agora, clique em
” Login” e insira seu endereço de e-mail e senha nos campos apropriados.
6) Acesso à Plataforma:
Depois de fazer login com sucesso, você terá acesso à plataforma Multisim Live. Aqui, você
pode começar a criar e simular circuitos eletrônicos.
7) Na sua conta, clicar em criar novo circuito.
A interface do Multisim Live é apresentada a seguir:
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Prática 1: Aplicando o teorema da transformação de fontes:
A figura a seguir ilustra o equivalente de Thévenin para uma resistência de carga de 1 kOhm.
Observa-se tambem o equivalente de Norton, obtido a partir da aplicação do teorema da
Transformação de fontes. Implemente os circuitos no Multisim on-line e comprove que a corrente
e a tensão sobre a resistência de carga deve ser a mesma, independente do circuito equivalente
utilizado. Comprove, por meio de cálculos pela Lei de Ohm, os resultados obtidos na simulação.
Para implementar o circuito, siga as orientações:
As fontes de corrente e de tensão estão localizadas no item “Sources”:
O resistor está localizado no item “Passive”:
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A referência está localizada no item “Schematic connectors”:
Os probes para aferição de corrente e tensão estão localizados no item “Analysis and
anotation”:
Assim, você deve montar os seguintes circuitos:
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Duplo clique com o botão esquerdo do mouse sobre o resistor habilita a opção para alterar o
valor da resistência. Após a montagem e a inserção dos probes de tensão e corrente, inicie a
simulação e observe os resultados:
Você deve observar que a corrente e a tensão sobre a resistência de carga, independente do
circuito ( Thevenin ou Norton) é a mesma.
Prática 2: Aplicando o teorema da máxima transferência de potência:
O teorema estabelece que a potência transferida é máxima quando a resistência da carga é
igual à resistência interna da fonte de energia. Você deve montar o circuito da figura a seguir e
realizar a coleta da potência de acordo com a variação do valor da resistência de carga, para
obter o gráfico da figura:
No Multisim on-line monte o circuito da figura a seguir
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Você deve variar o valor da resistência de carga (R2) entre 0 ohms até 10 kohms. Para 0 ohms,
basta retirar o resistor R2 e realizar um curto-circuito nos terminais adjacentes. O valor da
resistência pode ser alterado de acordo com a tabela a seguir. Para cada valor de resistência,
anotar nas colunas 1 e 2 os valores da tensão e corrente obtidos na simulação. A potência pode
ser obtida por meio da multiplicação entre tensão e corrente.
Tensão
Corrente
(mA) Rcarga
Potência
(mW)
V i 0 v*i
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
4000
6000
8000
10000
Dica: você pode utilizar o Excel on-line para realizar os cálculos e a plotagem. Para isso, basta
acessar uma conta de e-mail outlook ou hotmail e no menu de aplicativos selecionar o Excel
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No Excel inserir as colunas: tensão ( que será coletada), corrente mA (que será coletada),
Rcarga (de acordo com a tabela anterior) e Potência mW (que será calculada):
Para cada valor de R2 alterada no Multisim, você deve anotar na planilha em Excel:
Exemplo para R2 = 200 ohms:
Após realizar esse procedimento para toda a faixa de resistência, plote o gráfico de resistência
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versus potência: você deve selecionar as colunas Rcarga e Potência (mW), ir até o menu
superior na aba
O gráico será gerado, e você deve verificar que a máxima transferência de potência ocorre
quando Rcarga=RTH. Ainda, por meio da fórmula da máxima transferência de potência é
possível validar o valor de potência estimado.
Aqui, finaliza-se a atividade prática
Checklist:
– Realizar a montagem do circuito para a comprovação do teorema da transformação de fontes;
– Validar matematicamente por meio dos teoremas, o resultado obtido em simulação;
– Realizar a montagem do circuito para a comprovação do teorema da máxima transferência de
potência;
– Validar matematicamente por meio dos teoremas, o resultado obtido em simulação;
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– Realizar a plotagem gráfica para a comprovação do teorema da máxima transferência de
potência.
RESULTADOS
Resultados de Aprendizagem:
Para essa aula prática espera-se que o aluno esteja familiarizado com o conceito de máxima
transferência de potência. Como resultado das atividades peça para que o aluno elabore um
relatório que contenha as tabelas e gráficos aferidos no procedimento. Além disso, solicite aos
alunos que encontre a máxima transferência de potência por meio dos cálculos teóricos e
compare com o obtido por meio das práticas, justificando as possíveis divergência nos valores
encontrados

CONTINUA…..

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