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Pratica 03 - LKT e LKC (Relatório), Provas de Engenharia Elétrica

Pratica 03 - LKT e LKC (Relatório)

Tipologia: Provas

2017

Compartilhado em 26/10/2017

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nadia-matos-5 🇧🇷

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bg1
1
Laborat´
orio de Circuitos El´
etricos I
Pr´
atica 3 - Lei de Kirchhoff das Correntes (LKC) e
Lei de Kirchhoff das Tens˜
oes (LKT)
Turma 3
Bruno Ferreira de Sousa, UFPI. N´
adia Raquel Matos Oliveira, UFPI. Prof. Dr. Aryfrance Rocha Almeida, UFPI
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´
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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´
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de malhas.
Index Terms—Leis de Kirchhoff, LKT, LKC.
I. IN TROD UC¸˜
AO
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´
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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
X
n=1
in= 0 (1)
onde in´
e a corrente npresente em um n´
o.
No tocante a Lei das Tens˜
oes (LKT), tem-se:
k
X
n=1
vn= 0 (2)
onde vn´
e a tens˜
ao aplicada sobre o elemento nde 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.
II. M ATERI AIS E M´
ETODOS
A. Materiais
01 Protoboard
Fonte de tens˜
ao cont´
ınua de 5V
Mult´
ımetros
Resistores variados
Jumpers
B. Procedimentos
Selecionou-se os seguintes valores de resistores para montar
o circuito da Figura 1: R1= 1,0K,R2= 2,2K,R3=
1,5K,R4= 1,0KeR5= 1,5K.
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 resistˆ
encias corretas para a montagem. O circuito
foi alimentado com 5,0V. 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=I1=I5(3)
I3=I4(4)
I1=I2+I3(5)
I3=I2+I4(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+ 1,0k·I1+ 2,2k·I2+ 1,5k·I5= 0 (7)
pf3

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Laborat´orio de Circuitos El´etricos I

Pr´atica 3 - Lei de Kirchhoff das Correntes (LKC) e

Lei de Kirchhoff das Tens˜oes (LKT)

Turma 3

Bruno Ferreira de Sousa, UFPI. N´adia Raquel Matos Oliveira, UFPI. Prof. Dr. Aryfrance Rocha Almeida, UFPI

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.

I. INTRODUC¸ ˜AO

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.

II. MATERIAIS E M ´ETODOS

A. Materiais

  • 01 Protoboard
  • Fonte de tens˜ao cont´ınua de 5V
  • Mult´ımetros
  • Resistores variados
  • Jumpers

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 =

· I 3 (10)

III. RESULTADOS E DISCUSS OES˜

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 ·

· I 3 + 2, 5 KΩ · I 3

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

IV. CONCLUS AO˜

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