Avaliação - 2024-1

(Valor 2.5) Considere um filtro RC de Corrente Alternada. Construa os gráficos de tensão pico a pico VR e VC em função da frequência F. As curvas obtidas estão de acordo com a teoria? Qual a dependência teórica de VR(f) e VC(f)? A partir desses dois gráficos encontre a frequência de corte do circuito Justifique sua resposta F(Hz) VR(volt) VC(volt) 600 0.36 4.00 700 0.4 4.00 850 0.49 4.00 1000 0.6 3.99 1400 0.76 3.90 1600 0.92 3.85 1900 1.03 3.80 2400 1.32 3.75 3000 1.63 3.65 4000 2.03 3.40 5000 2.35 3.20 7000 2.83 2.70 8500 3.23 2.45 10000 3.3 2.20 13000 3.15 2.10 16000 3.43 1.70 20000 3.5 1.40 24000 3.71 1.05 30000 3.65 1.02 40000 3.80 0.85 40000 3.80 0.65 2) (Valor 2.5) (a) Considere um circuito RC em série ligado a um fonte de tensão de onda quadrada . Faça um desenho da tensão observada no osciloscópio para o resistor e o capacitor em função do tempo? O sinal observado depende da frequência? Justifique sua resposta (b) O que acontece quando ligamos a uma fonte de tensão alternada? A tensão do resistor e capacitor depende da frequência? Se sim, faça um desenho esquemático da dependência da tensão no capacitor e resistor com a frequência? 3) (Valor 2.5) Considere um circuito RLC em série ligado a um gerador de onda alternada. Faça um esboço de VR (tensão medida no resistor) em função da frequência da onda. (a) Indique a posição da frequência de ressonância no seu esboço. O valor esperado da frequência de ressonância depende de R ? Justifique sua resposta (b) O que é fator de qualidade.? Este fator depende do valor C da capacitância? Se sim qual a dependência? Como poderíamos determinar o fator de qualidade deste circuito a partir dos dados experimentais ( curva Vr versus f)? (c) Qual deve ser a diferença de fase entre VG (tensão no gerador) e VR (tensão no resistor) na condição de ressonância? Justifique sua resposta. 4) (Valor 2.5) Considere um circuito RL ligado em série. O que acontece quando ligamos R e L em série com um gerador de onda quadrada? O resultado obtido depende da frequência? O que acontece quando ligamos R e L em série com um gerador de ondas senoidal? Faça um desenho esquemático da dependência de Vre e VL com a frequência. Dependência de VR e VL com a Frequência Amplitude Normalizada Frequência (Hz) VR (Tensão no Resistor) VL (Tensão na Bobina) 2) (a) No circuito RC com onda quadrada, a resposta depende da frequência. Baixas frequências permitem carga/descarga completa do capacitor, enquanto altas frequências limitam essa resposta. (b) Na fonte de tensão alternada, a tensão no resistor é in-phase e não depende muito da frequência. A tensão no capacitor depende da frequência; em baixas frequências, há resposta significativa, diminuindo em altas frequências devido à limitação de carga/descarga. 3) (a) Não, a frequência de ressonância em um circuito RLC em série não depende da resistência (R). Ela é determinada apenas pelos valores da indutância (L) e da capacitância (C). (b) O fator de qualidade (Q) em um circuito RLC em série é a razão entre a energia armazenada e a energia dissipada por ciclo. Não depende diretamente do valor da capacitância (C), mas está relacionado à razão 𝐿 . Para determinar o fator de qualidade 𝐶 experimentalmente a partir da curva versus , podemos usar a largura de banda à meia 𝑉𝑅 𝑓 altura ( ) em torno do pico da curva de resposta. O fator de qualidade é então dado por ∆𝑓 . 𝑄 = 𝑓𝑟𝑒𝑠 ∆𝑓 (c) Na condição de ressonância, a diferença de fase entre e é 0º, pois a impedância total 𝑉𝐺 𝑉𝐹 é puramente resistiva nesse ponto, resultando em nenhuma defasagem entre corrente e tensão no resistor. 4) Quando um circuito RL é conectado em série a um gerador de onda quadrada, seu comportamento varia conforme a frequência da onda. Em frequências baixas, o indutor se assemelha a um curto-circuito, dominando a resposta do circuito. À medida que a frequência aumenta, o indutor começa a se comportar como um circuito aberto, e a resposta é influenciada principalmente pela resistência. A transição entre esses comportamentos ocorre na chamada frequência de corte, determinada pela relação entre a resistência e a indutância do circuito. Ao conectar o circuito RL em série a um gerador de ondas senoidais, o comportamento também é influenciado pela frequência. Em frequências baixas em relação à frequência de corte, o indutor exerce um papel mais proeminente, agindo como um filtro passa-baixa. Em altas frequências, o indutor tem um impacto reduzido, e o circuito se comporta mais como um circuito de resistência. A frequência de ressonância, onde o indutor e o resistor contribuem de maneira equilibrada, pode ser atingida em determinadas condições, oferecendo um ponto de destaque no comportamento do circuito. Portanto, o resultado obtido ao ligar um circuito RL em série a um gerador de onda quadrada ou senoidal depende crucialmente da relação entre a frequência da onda aplicada e a frequência de corte do circuito, que é determinada pelas propriedades do resistor e do indutor.