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Experiência 11: Gerador de tensão real
Objetivos
- Conhecer as características de um gerador de tensão real;
- Analisar a influencia da resistência interna de um gerador;
- Levantar experimentalmente a curva característica de um gerador de tensão;
- Levantar experimentalmente a curva da potencia em função da resistência de um gerador de tensão.
Material Usado
1 Multímetro digital
1 Matriz de pontos
1 Bateria de 9 V com terminais
1 Potenciômetro de 1 k
Resistores: 82,100,150,220,2x470,1 k,2k2,3k3,4k7,10 k
1 Matriz de pontos
1 Bateria de 9 V com terminais
1 Potenciômetro de 1 k
Resistores: 82,100,150,220,2x470,1 k,2k2,3k3,4k7,10 k
Introdução Teórica
Geradores são dispositivos que convertem algum tipo de energia em energia elétrica. Um gerador de tensão é um bipolo que mantém a tensão nos seus terminais independente do valor corrente (portanto independente da carga).
Em um gerador de tensão ideal não existem perdas, toda a energia não elétrica é convertida em energia elétrica (na pratica não existem).
Não existem perdas, pois o gerador não tem resistência interna, Figura 1a, como conseqüência alem de não ter perdas, a tensão nos terminais do gerador não depende da corrente, desta forma a curva característica é representada como na Figura 1b.
A tensão gerada internamente é chamada de Força Eletromotriz (E) e o o valor depende do tipo de gerador.
Figura 1 - gerador de tensão ideal (a ) ligado a uma carga RL ( b ) curva característica
Em um gerador de tensão real existem perdas, isto é, parte da energia usada para fazer o gerador funcionar é dissipada em calor e parte é convertida em energia elétrica que é fornecida ao circuito externo. A Figura 2a mostra um gerador real ligado a uma carga e a Figura 2b mostra a sua curva característica.
Figura 2 - Gerador de tensão real (a ) pilha ligada a uma carga ( b ) circuito equivalente ( c ) curva característica
O gráfico da Figura 2c mostra claramente que se a corrente aumentar a tensão disponível para a carga diminui até eventualmente atingir o limite que é quando os terminais do gerador estiver em curto circuito e a corrente será chamada de corrente de curto circuito (ICC).
A potencia elétrica fornecida pelo gerador varia em função da carga, sendo máxima quando a carga for igual à resistência interna do gerador. Essa condição é chamada de máxima transferência de potencia (MTP) sendo desejável em algumas situações.
Figura 3 - Gerador de tensão real ( a ) em MTP ( b ) gráfico da potencia em função da carga
Associação de Geradores de Tensão
Quando for necessário obter tensões maiores que a de um único gerador, associamos em serie. Quando houver necessidade de aumentar a capacidade de corrente associamos em paralelo.
O primeiro caso é a situação mais usual que você encontra no dia a dia. Assim é que associamos 4 pilhas de 1,5 V para obter 6 V ou duas de 1,5 V para obter 3 V.
A associação em paralelo é usada em baterias e células solares (na realidade é usado um arranjo de ligações em serie e em paralelo).
Procedimento Experimental
1. Monte o circuito da Figura 4 na MP de acordo com sugestão de layout da Figura 5, e para cada valor de RL da tabela 1 meça a corrente fornecida pelo gerador e a tensão nos seus terminais.
Figura 4 - ( a ) Gerador de tensão de E=9 V e Ri= 470 Ohms ( b ) medindo a corrente na carga
2. Efetue o produto da tensão pela corrente obtendo dessa forma a potencia elétrica do gerador. Anote os valores na tabela 1.
3. Observe que o gerador tem Força Eletromotriz (E) de 9 V e a resistência interna (Ri) será simulada pelo resistor de 470 Ohms.
Sugestão: meça primeiramente a tensão na carga para todos valores de carga da tabela 1 e depois meça a corrente. Esse procedimento evita medir tensão com o seletor de funções em corrente.
Tabela 1 - Gerador de tensão real - Valores medidos
| RL (W) | I (mA) | U(V) | P(mW) |
| 0 | |||
| 82 | |||
| 100 | |||
| 150 | |||
| 220 | |||
| 470 | |||
| 1 k | |||
| 2k2 | |||
| 3k3 | |||
| 4k7 | |||
| 10 k | |||
| infinito |
4. Meça a tensão na carga conforme sugestão de layout da Figura 5.
Figura 5 - Medindo a tensão na carga sugestão de layout na MP do circuito da figura 4 - dispositivos não estão em escala
5. Retire o jumper azul e coloque no seu lugar o amperímetro em uma escala adequada. Meça a corrente para todos os valores de carga (inclusive carga em aberto e em curto circuito) constantes da tabela 1.
Figura 6 - Medindo a corrente na carga sugestão de layout na MP do circuito da figura 4 - dispositivos não estão em escala
6. Com os dados da tabela 1 levante o gráfico da tensão em função da corrente, U=f(I). Use papel milimetrado para desenhar o gráfico.
7. Com os dados da tabela 1 levante o gráfico da potencia em função da resistência , P=f(R). Use papel milimetrado para desenhar o gráfico.
8. Agora que você conhece um gerador de tensão real, efetuou medidas, cálculos e levantou a curva característica escreva as suas conclusões baseada nessas informações.
9. Monte as associações indicadas na Figura 7 e meça e anote a tensão total e a tensão em cada pilha.
( a ) ( b )
Figura 7 - Associação serie de pilhas ( a ) duas pilhas ( b ) quatro pilhas - dispositivos fora de escala
Associação de duas pilhas
Tensão na pilha 1=______ Tensão na pilha 2=______ Tensão total=______
Associação de quatro pilhas
Tensão na pilha 1=______ Tensão na pilha 2=______ Tensão na pilha 3=______ Tensão na pilha 4=______ Tensão total=_____
10. Inverta a polaridade de uma das pilhas da associação de quatro pilhas e repita o procedimento adotado anteriormente.
Figura 8 - Associação serie de 4 pilhas com uma pilha invertida - dispositivos fora de escala
Tensão total=_____
11.Baseado nas medidas efetuadas escreva as suas conclusões.
Bibliografia: Analise de Circuitos em Corrente Contínua - Rômulo Oliveira Albuquerque Editora Erica