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Pratica 03 - LKT e LKC (Relatório)
Tipologia: Provas
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Abstract—O presente documento apresenta dados relacionados a terceira pr´atica do Laborat´orio de Circuitos El´etricos I, que aborda as Leis de Kirchhoff. Al´em disso, s˜ao apresentados medic¸ ˜oes realizadas com mult´ımetro, c´alculos e simulac¸ ˜oes abor- dadas nesta pr´atica. Com o intuito de verificar as Leis das Tens˜oes e de Correntes de Kirchhoff, utilizando a an´alise nodal e a an´alise de malhas.
Index Terms—Leis de Kirchhoff, LKT, LKC.
As Leis de Kirchhoff, em conjunto com a Lei de Ohm, s˜ao a base para a an´alise de circuitos el´etricos lineares. A Lei das Correntes de Kirchoff (Lei dos N´os), tem como princ´ıpio a conservac¸ ˜ao da corrente el´etrica total que flui em um n´o, enquanto a Lei das Tens˜oes (Lei das Malhas), tem como caracter´ıstica a conservac¸ ˜ao da tens˜ao total de uma malha [1][2]. No tocante a Lei das Correntes (LKC) tem-se:
∑^ k
n=
in = 0 (1)
onde in e a corrente´ n presente em um n´o. No tocante a Lei das Tens˜oes (LKT), tem-se:
∑^ k
n=
vn = 0 (2)
onde vn ´e a tens˜ao aplicada sobre o elemento n de uma malha.
Com isso, nesta pr´atica, objetivou-se a verificac¸ ˜ao das Leis de Tens˜ao e de Corrente de Kirchhoff, fazendo uso da an´alise nodal e an´alise de malhas de um circuito proposto.
A. Materiais
B. Procedimentos Selecionou-se os seguintes valores de resistores para montar o circuito da Figura 1: R 1 = 1, 0 KΩ, R 2 = 2, 2 KΩ, R 3 = 1 , 5 KΩ, R 4 = 1, 0 KΩ e R 5 = 1, 5 KΩ.
Fig. 1. Circuito para verificac¸ ˜ao das medic¸ ˜oes.
Posteriromente, com um mult´ımetro, mediu-se os valores dos resistores selecionados, para confirmar se foram sele- cionadas as resistˆencias corretas para a montagem. O circuito foi alimentado com 5 , 0 V. Assim, foram medidas todas as tens˜oes e correntes, indicadas na Figura 1, utilizando um mult´ımetro convencional. Com isso, verificou-se a LKC (com os valores te´oricos, simulados e experimentais), para os cinco n´os do circuito da Figura 1 e tamb´em verificou-se a LKT (com os valores te´oricos, simulados e experimentais) para as duas malhas do circuito da Figura 1. Aplicando-se as Leis de Kirchhoff para a an´alise de circuitos el´etricos, tem-se que a soma, das correntes que entram em um n´o com as que saem, ´e nula. Sendo algo similar em relac¸ ˜ao `as tens˜oes, isto ´e, a soma das tens˜oes, em uma malha, tamb´em e nula. Com isso, pelas indicac´ ¸ ˜oes das correntes na Figura 1, pode-se deduzir que:
Is = I 1 = I 5 (3) I 3 = I 4 (4) I 1 = I 2 + I 3 (5) I 3 = I 2 + I 4 (6)
Adotando-se o sentido hor´ario para as correntes, em relac¸ ˜ao as malhas, ao ser aplicado a LKT para malha 1 da Figura 1 e usando-se (3) a (6), tem-se:
−Vs + 1, 0 kΩ · I 1 + 2, 2 kΩ · I 2 + 1, 5 kΩ · I 5 = 0 (7)
Substituindo I 5 por I 1 , tem-se:
−Vs + 1, 0 kΩ · I 1 + 2, 2 kΩ · I 2 + 1, 5 kΩ · I 1 = 0 Vs = 2, 5 kΩ · (I 2 + I 3 ) + 2, 2 KΩ · I 2 Vs = 4, 7 kΩ · I 2 + 2, 5 KΩ · I 3 (8)
Em relac¸ ˜ao `a malha 2, ao se aplicar LKT, obt´em-se:
1 , 5 kΩ · I 3 + 1, 0 kΩ · I 4 = 2, 2 kΩ · I 2 (9)
Por meio de (9), usando-se que I 3 = I 4 , ´e obtido:
2 , 2 kΩ · I 2 = 1 , 5 kΩ · I 3 + 1, 0 kΩ · I 4 2 , 2 kΩ · I 2 = 1 , 5 kΩ · I 3 + 1, 0 kΩ · I 3 2 , 2 kΩ · I 2 = 2 , 5 kΩ · I 3
I 2 =
Os valores das resistˆencias medidos, foram:
TABLE I MEDIC¸ ˜AO DE RESIST ENCIAS PARA A MONTAGEMˆ
Resistˆencias Valor nominal Valor medido R 1 1 , 0 KΩ 978Ω R 2 2 , 2 KΩ 2174Ω R 3 1 , 5 KΩ 1480Ω R 4 1 , 0 KΩ 986Ω R 5 1 , 5 KΩ 1486Ω
Substituindo a equivalˆencia entre I 2 e I 3 em (10), em (8), tem-se:
Vs = 4 , 7 kΩ ·
Vs = 2 , 5 · I 3 ·
k
5 , 0 = 2 , 5 · I 3 · 3 , 1 k I 3 = 0 , 645 mA ⇒ I 2 = 0, 733 mA (11)
Assim, atrav´es dos resultados de (11), tem-se:
I 1 = I 2 + I 3 I 1 = 0 , 733 mA + 0, 645 mA I 1 = 1 , 378 mA (12)
Sabendo-se as correntes no circuito da Figura 1, pode-se determinar todas as tens˜oes existentes usando-se 1a^ Lei de Ohm:
V 1 = R 1 · I 1 = 1, 0 kΩ · 1 , 378 mA ⇒ V 1 = 1, 378 V (13)
V 2 = R 2 · I 2 = 2, 2 kΩ · 0 , 733 mA ⇒ V 2 = 1, 613 V (14)
V 3 = R 3 · I 3 = 1, 5 kΩ · 0 , 645 mA ⇒ V 3 = 0, 968 V (15)
V 4 = R 4 · I 4 = 1, 0 kΩ · 0 , 645 mA ⇒ V 4 = 0, 645 V (16)
V 5 = R 5 · I 5 = 1, 5 kΩ · 1 , 378 mA ⇒ V 1 = 2, 067 V (17)
Fig. 2. Simulac¸ ˜ao das medic¸ ˜oes de tens˜ao do circuito da Figura 1
Por meio das Tabelas II e III, percebe-se a proximidade entre os dados medidos, calculados e simulados. Indicando, assim, que o experimento foi realizado corretamente. As medic¸ ˜oes das tens˜oes nos resistores foram as seguintes:
TABLE II MEDIC¸ ˜AO DAS TENS OES DOS RESISTORES DA˜ FIGURA 1
Tens˜ao Valor te´orico Valor simulado Valor medido V 1 1,378V 1,362V 1,3784V V 2 1,613V 1,594V 1,6250V V 3 0,968V 0,956V 0,9610V V 4 0,645V 0,638V 0,6487V V 5 2,067V 2,043V 2,0760V
TABLE III MEDIC¸ ˜AO DAS CORRENTES NOS RESISTORES DA FIGURA 1
Corrente Valor te´orico Valor simulado Valor medido I 1 1,378mA 1,362mA 1,388mA I 2 0,733mA 0,724mA 0,7390mA I 3 0,645mA 0,638mA 0,6462mA I 4 0,645mA 0,637mA 0,6462mA I 5 1,378mA 1,362mA 1,3869mA
Fig. 3. Simulac¸ ˜ao das medic¸ ˜oes de corrente do circuito da Figura 1
Com base nas medic¸ ˜oes realizadas na montagem do circuito apresentado, foi poss´ıvel observar os fenˆomenos el´etricos descritos pelas Leis de Kirchhoff, interpretando as medidas dentro das imper´ıcias dos instrumentos utilizados. Com isso, viu-se que a soma alg´ebrica das tens˜oes em elementos de uma malha fechada ´e nula. Al´em disso, por meio das medic¸ ˜oes foi