Introdução Teórica Aula 4: Potenciômetros e

EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 4 EEL/CTC/UFSC Introdução Teórica Aula 4: Potenciômetros e Lâmpadas Potenciômetros Um potenciômetro é um resistor cujo valor de resistência é variável. Assim, de forma indireta, é possível controlar a intensidade da corrente que flui através de um circuito, quando ligados em paralelo, ou a diferença de potencial, quando ligados em série. Normalmente, os potenciômetros são utilizados em circuitos de correntes baixas. Para circuitos de correntes mais elevadas, reostatos, que podem dissipar mais energia são usados. Segundo a sua aplicação se distinguem em dois tipos: • Potenciômetro de controle (giratório, deslizando ou múltiplo). Adequado para utilização como elemento de controle em dispositivos electrônicos. O utilizador opera sobre eles para variar os parâmetros de operação normais. Por exemplo, o volume de um rádio. • Potenciômetro de ajuste: Controlar os parâmetros predefinidos normalmente em fábrica, que o usuário muitas vezes não precisa ajustar, de modo geral, não acessíveis a partir do exterior. Há tanto modelos encapsulados como não encapsulados. De acordo com a lei de variação da resistência podem ser lineares, logarítmicos ou sinoidais. A figura abaixo mostra um potenciômetro de comando rotatório. O potenciômetro tem três terminais e pode ser modelado por um resistor RAB (entre A e B) em série com um resistor RBC (entre B e C). A resistência da associação em série (entre A e C) é dada por RAC = RAB + RBC. Ambas as resistências RAB e RBC podem ser ajustadas girando-­‐se um botão, porém a resistência total RAC mantém-­‐se sempre constante, em um valor especificado pelo fabricante. Isto é, girando-­‐se o botão para um lado, RAB aumenta e RBC diminui, e girando-­‐se para o outro lado o contrário acontece. (Na prática, a relação RAC = RAB + RBC não é exata devido à resistência interna no terminal B.) Figura 1: Potenciômetro de controle giratorio, símbolo e estrutura interna. Lâmpadas A lâmpada incandescente é um dispositivo eléctrico que transforma energia elétrica em energia luminosa e energia térmica (ver Figura 2). Desde o início do século XIX, vários inventores tentaram construir fontes de luz à base de energia elétrica. Humphry Davy, em 1802, construiu a primeira fonte luminosa com um filamento de platina, utilizando-­‐se do efeito Joule, observado quando um resistor é aquecido pela passagem de uma corrente elétrica a ponto de emitir luz visível. Outros vinte e um inventores construíram lâmpadas incandescentes antes de Thomas Alva Edison (na fotografia), que foi o primeiro a construir a primeira lâmpada incandescente comercializável em 1/6 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 4 EEL/CTC/UFSC 1879, utilizando uma haste de carvão (carbono) muito fina que, aquecida acima de aproximadamente 900 K, passa a emitir luz, inicialmente bastante avermelhada e fraca, passando ao alaranjado e alcançando o amarelo, com uma intensidade luminosa bem maior, ao atingir sua temperatura final, próximo do ponto de fusão do carbono, que é de aproximadamente 3800 K. A haste era inserida numa ampola de vidro onde havia sido formado alto vácuo. Apesar de proporcionar uma luminosidade muito mais aconchegante e de ter ainda maior durabilidade onde se acende e apaga com frequência, o rendimento da lâmpada incandescente é mínimo: apenas o equivalente a 5% da energia elétrica consumida é transformado em luz, os outros 95% são transformados em calor. Por causa deste desperdício, a União Europeia decidiu abolir as lâmpadas incandescentes a partir de 2012. Lâmpadas incandescentes foram abolidas no Brasil a partir de 2013. Figura 2: Estrutura da lâmpada incandescente e tipos de lâmpada existente no m ercado. 2/6 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 4 EEL/CTC/UFSC Roteiro laboratório Aula 4: Potenciômetros e Lâmpadas Objetivos •
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Aprender a utilizar o potenciômetro Examinar uma aplicação do conceito de limitação de corrente Determinar a curva característica de corrente versus tensão para uma lâmpada Lista de material •
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Resistores R0 = 100Ω, R1 = 220Ω e potenciômetro de 1kΩ Lâmpada de 12V DC Fonte de tensão ajustável 0-­‐30V, fonte de tensão DC, protoboard, multímetro, etc Roteiro do experimento 1) Meça as resistências RAB, RBC e RAC do potenciômetro para 5 posições diferentes do botão de ajuste e preencha a tabela 1. Verifique a relação RAB + RBC = RAC (aproximadamente). 2) No circuito abaixo, o potenciômetro está sendo usado como divisor de tensão. Considere Vf = 5V. a) Determine teoricamente qual deve ser o valor da resistência RBC para que VBC = 1V. (Dica: utilize a regra do divisor de tensão.) b) Monte o circuito e, medindo com o multímetro a tensão entre os terminais B e C, ajuste o potenciômetro de forma a obter VBC = 1V. Note que a fonte deve ser conectada aos terminais A e C do potenciômetro. c) Desconecte o potenciômetro do circuito (com cuidado para não girar o botão), meça RBC com o multímetro e compare com o valor obtido no item anterior. Quando se deseja obter um resistor ajustável, basta usar dois terminais do potenciômetro, sendo um deles o terminal central (B). Nesse caso, uma das extremidades não é utilizada. 3/6 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 4 EEL/CTC/UFSC 3) O circuito abaixo possui um resistor ajustável Rp e uma lâmpada. Assuma Vf = 15V e que, inicialmente, Rp está em seu valor mínimo. a) O que você espera observar quando o circuito for montado? b) O que você espera que aconteça à medida que Rp é aumentado até seu valor máximo? c) Monte o circuito e confirme as suas respostas aos itens anteriores. (Lembre que, neste circuito, o potenciômetro deve ser conectado utilizando o terminal central.) d) Determine o maior valor de tensão abaixo da qual a lâmpada pode ser considerada apagada. 4) O circuito abaixo utiliza uma fonte de tensão ajustável Vf = 0-­‐30V. a) Monte o circuito, inicialmente com Vf = 0V. Confirme que o circuito está montado corretamente antes de prosseguir para o próximo item. b) Variando Vf, obtenha o valor da corrente (I) para diversos valores da tensão na lâmpada (VL), preenchendo a tabela 2. Proceda da seguinte forma: i) Para cada linha da tabela, ajuste Vf de forma a obter VL (medido com o multímetro) próximo do valor-­‐alvo indicado na tabela; ii) Meça V0 com o multímetro e anote-­‐o na tabela 2; iii) Determine a corrente I indiretamente através da Lei de Ohm. Utilize o valor nominal de R0 (o que facilita os cálculos, pois este valor é uma potência de 10); c) Esboce o gráfico I x VL usando os valores obtidos. d) Considerando o gráfico obtido, você afirmaria que a resistência da lâmpada aumenta ou diminui com o aumento da corrente? Por quê? 5) (OPCIONAL.) Estime qual seria o valor da corrente na lâmpada caso esta fosse submetida a uma tensão de 12V. (Dica: determine a inclinação da curva I x VL entre 4V e 8V e assuma que se mantém constante.) 4/6 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 4 EEL/CTC/UFSC Aluno(a): ______________________________________________________. Turma: _______________________ Matrícula: _______________________ Data: _____/_____/__________ Nota: _________________________ Tabela 1
RAB RBC RAC 1 2 3 4 5 Questão 2
Questão 2.c)
RBC (teórico) = _______________ RBC (medido) = _______________ Questão 3.a)
Questão 3.b)
Questão 3.d)
VL = _______________ Tabela 2
VL (alvo) V0 (medido) I = V0/R0 1 0 V 0 V 0 mA 2 0,1 V 3 0,2 V 4 0,4 V 5 0,6 V 6 1,0 V 7 1,5 V 8 2,0 V 5/6 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 4 EEL/CTC/UFSC 9 3,0 V 10 4,0 V 11 6,0 V 12 8,0 V Questão 4.c)
80 70 mili Ampère (mA) 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Volts (V) Questão 4.d)
Opcional: Questão 5)
IL = _______________ Questão de preparação
Explique, em termos da Lei de Ohm, o que acontece quando se “curto-­‐circuita” uma fonte de tensão. 6/6