4300213 - Física Experimental III (2014)

Esta semana estudaremos o fenômeno de ressonância em um circuito RLC simples. Recomendamos fortemente o estudo da resolução teórica do problema, apresentado neste link.

Figura 1 - Circuito RLC em série.

O circuito a ser utilizado é mostrado na figura 1. A tensão no gerador é uma tensão harmônica de frequência e amplitude controladas pelo experimentador. Ligados ao gerador de tensão estão um capacitor, um indutor e um resistor conhecidos. O capacitor é selecionado da década de capacitores. O mesmo para o resistor. O indutor utilizado é uma das bobinas disponíveis em sala de aula.

Sugerimos o seguinte procedimento para montagem do circuito.

1. Use a bobina de 1000 espiras como indutor (a bobina pequena).
2. Selecione C de tal forma a obter \( \omega_0 \sim 5000 \text{ rad/s} \).
3. A escolha de R depende do fator Q que  queremos estudar. Faremos medidas para duas ressonâncias, uma com \(Q \sim 1 \) e outra com \(Q \sim 10 \). Calcule os valores de R para estes dois valores de Q. Note que, no cálculo do valor Q, devemos considerar a resistência total do circuito.

Com base nos valores escolhidos para R, L e C, para cada um dos valores de R escolhidos:

1. Monte o circuito RLC. Utilize a saída traseira do gerador de frequências.
2. Meça a curva de ressonância em energia (corrente em função da frequência). Note que é importante medir bem a região da ressonância com também os limites assintóticos para baixas e altas frequências. Pense sobre o número de pontos necessários para uma boa definição destas curvas.
3. Ajuste os modelos teóricos aos seus dados e extraia os valores ajustados de R, L e C. Compare-os aos valores nominais
4. Determine experimentalmente, o valor Q da curva de ressonância obtida. Compare aos valores teóricos esperados. 
5. Na frequência de ressonância, meça as tensões no resistor, indutor, capacitor e fonte, bem como as fases entre elas. Discuta e interprete estas medidas com base na sua expectativa teórica.