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Física ExperimentalAula_4
Trabalho 2
2008 - 2009
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 2
Circuitos ACIntrodução
Tensões alternadas (formas de onda)Tensão sinusoidal AC
Onda quadradaOnda triangular
Onda dente de serraOutras
Gerador de tensão ACPermite criar estas tensões AC
Este instrumento faz parte do equipamento básico. Conhecimento das funções trigonométricas básicas
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 3
GeradoresTransformações de energia
AC geradores : fontes : EnergiaÁgua/barragens (alternadores)óleogásfusão nucleareólicasolar. . .
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 4
Conversão energia mecânica eléctrica⇔
mded tΦ
= −
.m B dSΦ = ∫∫
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 5
Espira rectangularPríncipio de funcionamento dos motores
: ( !)
dF I dl B
B devido ao iman FIXO
= ×
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 6
Lei de Faraday
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 7
Diferentes escritas …
V(θ) = A sin θV(t) = A sin ωtV(t) = A sin 2πt/TV(t) = A sin 2πft…
Notação complexa
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 8
Movimento harmónico simplesMHS (sin, cos )
MHS
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 9
Caracterização de uma onda
Amplitude (A) – deslocamento máximoPeríodo (T) – Tempo de descrever um cicloFrequência (f) – número de ciclos/unid. de tempo
Angular: w (rad/s)Frequência cíclica: f (Hz)
Fase: ø
1 ciclo por segundo = 1 HertzT=1/f
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 10
Comparação com/sem escovas(Maq. ferramenta/ventoinha computador)
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 11
Motor sem escovas (Brushless)
Sem escovas
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 12
Gerador de sinais
200 MHz Gerador de sinais, por ex.
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 13
Aquisição de dados experimental
Ligar o circuito a partir do diagrama esquemáticoAcoplar os instrumentos de medida sem interferir no circuitoRealizar um teste Proceder à aquisição e registo de dados experimentais (v.g. I,V)Exemplo:
+ - +
-
Canal 1 Canal 2
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 14
Tipos de funções
SinusoidalQuadrada
Triangular
Multímetro limitado …Sinal sinusoidal Baixas frequências
Fenómenos muito lentos!
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Osciloscópio – Hameg 303-6
(manual)Equip. Labo
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 16
Osciloscópio – Painel frontal
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 17
Canal 1/2 + Base de tempo
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 18
Canal 1/2 – Painel de controlo
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 19
Princípio de funcionamentoDiagrama de blocos
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 20
Painel de controlo – selecçãoVêr: apêndice: Trabalho2
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Trajectória electrão ...(Vêr pag.134 (Referência 5)
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 22
Trajectória electrão (cont)
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 23
Aplicações dos díodosI – Rectificação da tensão
Rectificador de tensão : ~AC - DCRectificador de meia – onda
Rectificador de onda completa
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 24
Díodo ideal : R = 0 e C = 0
• O díodo ideal conduz quando vi >0 e visto que R = 0
v0ut ≈ vi
Para vi < 0, o díodo está em circuitoaberto (não há praticamente passagemde corrente) e
v0ut ≈ 0.
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 25
Díodo ideal : R = 0, C = 0
00i iV V V> ⇒ ≈
00 0iV V< ⇒ ≈
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 26
Rectificador meia - onda
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 27
Díodo real !Rectificador meia-onda
A
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 28
Díodo ideal . . . R=C=0Rectificador meia - onda
( )
0
1 sin 02
médiaV A dπ
θ θπ⎡ ⎤
= +⎢ ⎥⎣ ⎦∫
[ ]cos cos0 31.2%2A A Aππ π
= − − = =
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 29
Circuito em AC- díodo sinal + (RC)
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 30
Rectificador de onda completa
Diodo ideal: R =0 C=0
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 31
Rectificador onda - completa
Valor médio
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 32
Rectificador: ponte
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 33
Exploração do osciloscópioInstrumentos de medida II
Controlo do feixe electrónicoDesvio do feixe electrónico
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 34
Osciloscópio - Placas de desvio
Modo XY 2 2 2( ) sin sin
( ) cos cos
xx t rr x y ryy t rr
θ θ
θ θ
⎧ = ⇒ =⎪⎪ ⇒ + =⎨⎪ = ⇒ =⎪⎩
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 35
Osciloscópio - Base de tempo
Varrimento
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 36
Osciloscópio – Composição: sinal+Base tempo
Sinal observado
Controlo de retorno do sinal
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 37
Osciloscópio – Estabilização imagemCondição:
D
n Tτ =
Alvo osciloscópio
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 38
Sinal :
Sinal
VDC= 2 V
V= 8 V
V: Referência(ground)
Vpico-pico
Periodo
Valorpico
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 39
Diferença de fase:(grau/rad)
Sinais observados no osciloscópio
Dif. faseDiferença de fase
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 40
OFFset: gerador sinaisModo DC versus MODO AC
Offset: 3V
Modo DC: sinal+offset Modo AC: sinal (corta comp.continua)
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 41
Circuitos eléctricos em AC: R, C, L, RC, RL, … Díodos !!!
Circuitos em ACOsciloscópio
Gerador de sinaisMedição de sinais em AC
Próximos desenvolvimentosGeneralização da Lei de Ohm
Conceito de impedância
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 42
Análise de circuitosRegresso ao circuito divisor de tensão
Circuito envolvendo apenas resistências:
21
22 )()(
RRRinVoutV SR +
=
: :( ), ( ) :RZ R real não depende da frequência w
V t i t em fase≡ ⇒
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 43
Lei de OHM (em ~AC)
Lei de Ohm generalizada
:
, !!!
V RI V Z I
em que
Z I eV são entidades complexas
= ⇒ =
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 44
Reescrever : lei de Ohm para circuitos em DCC , L : introduzem d.d.f. entre as ondas de tensão e corrente
(v(t), i(t) : desfasadas! Ø=?)
Circuito divisor tensão
jwLZjwC
Z
RZ
L
C
R
=
=
≡1
2
2
1 2
( )Z inZV out V
Z Z=
+
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13-10-2008 Física Experimental - V. E. 45
Osciloscópio – Instrumento medida II
Trabalho2 – Osciloscópio. Medição de tensões alternadas
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Sinal rectificado de um díodo sinal(osciloscópio)
Figura observada
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Curva característica IV de um díodo de sinal