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EXEMPLOS DE ROTEIROS DE TRABALHO PARA EXPLORAÇÃO
DO RLC NAS AULAS.
ROTEIRO 1. Estudo de circuitos puramente resistivos, puramente
indutivos e puramente capacitivos.
Preparação do ambiente.
- Inicie o programa clicando em “Iniciar”. Clique em “circuito” e escolha o circuito “A”. Introduza os valores do “Exemplo”.
Experiência 1.
- No diagrama de fasores, veja a representação das impedâncias dos circuitos, ligando o botão Z.
Indique os ângulos formados pelos vectores que representam R, X (^) L e X (^) C. Com os dados disponíveis, calcule os valores de X (^) L e X (^) C. Ligue o botão VAL e confirme os resultados obtidos em 1.2.
- Desligue os botões Z e VAL. Ligue os botões e , u (^) R , u (^) L e u (^) C das funções sinusoidais e os correspondentes do diagrama de fasores.
2.1. Que observa? 2.2. Qual o ângulo de fase observado para estas grandezas?
- Ligue também os botões i 1 , i 2 e i 3 das funções sinusoidais.
3.1. Qual das intensidades da corrente está em fase com a tensão? Qual o desfasamento da corrente no circuito indutivo em relação à tensão? Qual o desfasamento da corrente no circuito capacitivo em relação à tensão?
- Sem desligar os botões anteriores, ligue agora os botões I 1 , I 2 e I 3 do diagrama de fasores.
Compare os ângulos dos fasores representados com os que observou para a fase inicial nas correspondentes representações sinusoidais. Ligue o botão VAL e confirme os valores observados para estes ângulos, em graus. Ligue o botão f(t) e identifique, nas respectivas equações, os valores destes ângulos, em radianos. Compare os ângulos das intensidades da corrente com os das respectivas impedâncias, registadas em 1.1.
Desligue o botão f(t).
Calcule os valores máximos das intensidades das correntes em cada circuito, usando a lei de Ohm. Ligue o botão f(t) e confirme os valores obtidos. Calcule o valor eficaz da f.e.m. e determine, para cada circuito, os valores eficazes das intensidades da corrente. Ligue o botão VAL e confirme os valores obtidos.
Desligue todos os botões dos gráficos e ligue os botões u (^) R , i 1 e p (^) R das funções sinusoidais.
Analise a representação da potência instantânea da resistência.Que observações faz quanto à frequência e ao sinal dos valores instantâneos adquiridos? Verifique, no gráfico, que, sempre que a corrente ou a tensão se anulam, a potência também se anula. Dê uma justificação para tal facto. Calcule o valor da potência média dissipada na resistência. Ligue o botão f(t) e confirme o valor. Qual a amplitude da função sinusoidal pR?
- Desligue todos os botões dos gráficos e ligue os botões uL , i 2 e p (^) L das funções sinusoidais.
Analise a representação da potência instantânea da bobine. Que observações faz quanto à frequência e ao valor médio da potência? Identifique no gráfico os pontos em que a tensão e a corrente se anulam e relacione- os com os pontos em que a potência se anula.
- Desligue todos os botões dos gráficos e ligue os botões u (^) C , i 3 e p (^) C das funções sinusoidais.
Analise a representação da potência instantânea do condensador. Que observações faz quanto à frequência e ao valor médio da potência? Identifique no gráfico os pontos em que a tensão e a corrente se anulam e relacione- os com os pontos em que a potência se anula.
Experiência 2.
Na entrada de dados altere o valor da capacidade do condensador, C, clicando sobre ele, e introduza o valor 1 F 06 D F. Ligue a função incrementar.
Clique na frequência para adicionar o valor 4 kHz. No botão + aumente o número de incrementos até 4x. Ligue Z e analise o comportamento dos vectores e o gráfico das suas variações que é mostrado em simultâneo.
Que observa? Que conclusões tira quanto à influência da frequência nos circuitos apresentados? Desligue o botão Z e ligue I 1. Analise e conclua. Ligue I 2. Analise e tire conclusões relacionando com o que observou para X (^) L. Ligue I 3. Analise e tire conclusões relacionando com o que observou para X (^) C.
ROTEIRO 2. Estudo de circuitos RLC série. Efeito de ressonância.
Preparação do ambiente.
- Inicie o programa clicando em “Iniciar”. Clique em “circuito” e escolha o circuito “E”. Introduza os valores do “Exemplo”.
Experiência 1.
- No diagrama de fasores, veja a representação da impedância do circuito, ligando o botão Z.
Com os dados disponíveis, calcule os valores de X (^) L e X (^) C. Calcule a impedância do circuito, Z. Ligue o botão VAL e confirme os resultados obtidos em 1.1 e 1.2. Através da expressão tg F 07 1 = X/R, calcule o valor do ângulo F 07 1 formado pelo vector Z.
- Desligue o botão Z e ligue o botão I do diagrama de fasores.
Qual o ângulo de fase observado para esta grandeza? Relacione este ângulo com o determinado para Z. Determine o valor eficaz da f.e.m. Calcule o valor eficaz da intensidade da corrente. Confira estes valores ligando o botão VAL.
- Desligue o botão VAL e ligue os botões i , u (^) R , u (^) L e u (^) C das funções sinusoidais.
3.1. Qual das tensões está em fase com a corrente? Qual o desfasamento da corrente em relação à tensão na bobine? Qual o desfasamento da corrente em relação à tensão no condensador? Calcule o valor máximo da intensidade da corrente. Confira o valor na tabela f(t).
- Apenas desligando o botão f(t) , ligue agora os botões U (^) R , U (^) L e U (^) C do diagrama de fasores.
Determine os valores dos ângulos dos fasores UR, U (^) L e U (^) C. Ligue o botão VAL e confirme os valores observados para estes ângulos, em graus. Ligue o botão f(t) e identifique, nas respectivas equações, os valores destes ângulos, em radianos. Desligue o botão f(t) e calcule as quedas de tensão eficazes U (^) R , UL e U (^) C , usando a lei de Ohm. Confira os valores na tabela VAL.
Desligue todos os botões à excepção das tensões uR , uL e u (^) C. Em ambos os gráficos, ligue os botões da f.e.m., e e E.
Que observa?
Poder-se-à dizer que a f.e.m. é igual à soma dos valores eficazes das quedas de tensão nos componentes do circuito? Justifique.
- Desligue todos os botões do gráfico e ligue os botões pE , pR , p (^) L e pC.
Verifique que a potência média dissipada no circuito é igual à potência média dissipada na resistência. Verifique que as potências médias dissipadas, tanto no condensador como na bobine, são nulas. Ligue o botão f(t) e registe os valores médios e as amplitudes das potências.
- Desligue o botão f(t) e ligue o botão POT. Observe o triângulo das potências.
Registe os valores das potências activa, P, reactiva ,Q, e aparente, S. Verifique que: P = amplitude de pR S = amplitude de pE Q = amplitude de pC - amplitude de pL 7.3. Calcule o factor de potência e confira-o com o valor apresentado em POT.
Experiência 2.
Na entrada de dados altere o valor da resistência, R, clicando sobre ele, e introduza o valor 10 F 05 7. Ligue a função incrementar.
Clique na frequência para adicionar o valor 1 kHz. No botão + aumente o número de incrementos até 4x. Ligue Z e analise o comportamento dos vectores e o gráfico das suas variações que é mostrado em simultâneo.
Que observa? Ligue o botão I. Analise e conclua. Que efeito ocorreu quando Z se tornou mínimo e I se tornou máximo?
Tente obter o efeito de ressonância fazendo variar os valores da indutância da bobine ou da capacidade do condensador. Registe os valores introduzidos e as observações efectuadas.
Verifique se pode obter o efeito de ressonância variando os valores da resistência ou da f.e.m.
