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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

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.

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Bibliografia: Analise de Circuitos em Corrente  Contínua - Rômulo Oliveira Albuquerque Editora Erica
 
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