Nesta página pode encontrar guias resumidos de funcionamento dos principais instrumentos elétricos utilizados em física experimental. Estas instruções resumem a informação essencial para poder operar em segurança estes equipamentos. Para informações mais detalhadas, deverá consultar os manuais completos do fabricante, disponíveis no final da página.

Fonte de alimentação DC UDP1306C

Nunca ligar ou desligar cabos com a saída activa (OUTPUT ligado). Nunca provocar curtos-circuitos intencionais. Nunca exceder os limites de tensão ou corrente do circuito. Não tocar nos terminais metálicos com a fonte activa. Em caso de comportamento estranho (modo CC inesperado, corrente elevada): desligar imediatamente a saída (OUTPUT), verificar as ligações. Em caso de dúvida, chame o docente

Características principais

Legenda

1. Botão de ajuste da tensão de saída (CH1) - Permite definir o valor da tensão de saída do canal principal.
2. Botões de memória M1–M5 - Permitem guardar e recuperar até cinco configurações de tensão e corrente.
3. Botão de ajuste do limite de corrente (CH1) - Permite definir a corrente máxima fornecida pela fonte.
4. Interruptor do sinal sonoro (buzzer) - Liga ou desliga os sinais sonoros do equipamento.
5. Bloqueio do teclado (LOCK) - Bloqueia os botões para evitar alterações acidentais dos valores definidos.
6. Botão OUTPUT (ligar/desligar a saída) - Activa ou desactiva a tensão nos terminais de saída.
7. Indicador de modo CV/CC - Verde: modo de tensão constante (CV); Vermelho: modo de corrente constante (CC)
8. Terminal verde — Terra (GND) - Ligação à terra do circuito.
9. Terminal preto — Saída negativa (−) - Terminal negativo da saída DC.
10. Terminal vermelho — Saída positiva (+) - Terminal positivo da saída DC.
11. Interface USB de carregamento (5 V/2 A) - Apenas para carregamento de dispositivos USB (não é interface de comunicação).
12. Interruptor principal de alimentação (POWER) - Liga e desliga o equipamento.
13. Indicador de potência de saída - Mostra o estado geral da saída activa.
14. Visor de corrente - Indica a corrente fornecida pela fonte (em amperes).
15. Visor de tensão - Indica a tensão de saída (em volts).
16. Identificação do modelo
17. Interruptor de controlo remoto
18. Interface USB de comunicação com computador
19. Interface de comunicação RS232
20. Entrada de alimentação AC
21. Selector de tensão de alimentação
22. Grelha de ventilação

Instruções de operação

Ligar e desligar o equipamento

1. Verificar que o botão OUTPUT está desligado (luz apagada).
2. Ligar a fonte através do interruptor principal (POWER), situado no painel frontal.
3. O visor acende-se e mostra os valores actualmente definidos de tensão (V) e corrente (A).
4. Para desligar completamente a fonte, usa o interruptor POWER.

Ligações eléctricas

• Terminal vermelho: saída positiva (+)
• Terminal preto: saída negativa (−)
• Terminal verde: terra (GND)

Ligar primeiro os cabos ao circuito e só depois activar a saída (botão OUTPUT).

Definir a tensão de saída

1. Carregar no botão rotativo VOLTAGE. O cursor começa a piscar no visor da tensão.
2. Roda o botão para ajustar o valor.
3. Carrega novamente no botão para mudar de dígito (se necessário).
4. Verifica sempre a tensão antes de activar a saída.

Definir o limite de corrente

1. Carregar no botão rotativo CURRENT.
2. Ajustar o valor da corrente máxima permitida, usando o mesmo procedimento de rodar ou carregar.
3. Este valor funciona como limite de segurança para o circuito.

Boa prática: começar sempre com um limite de corrente baixo e aumentar gradualmente se necessário.

Activar e desactivar a saída

• Carregar no botão OUTPUT para ligar a saída. O botão acende-se e surge o símbolo ON no visor.
• Carregar novamente em OUTPUT para desligar a saída.

Modos de funcionamento CV e CC

A fonte funciona automaticamente em dois modos:

• Modo CV — Tensão constante
  • Indicador verde (CV) aceso.
  • A tensão mantém-se no valor definido.
  • A corrente depende da carga e é inferior ao limite definido.

• Modo CC — Corrente constante
  • Indicador vermelho (CC) aceso.
  • A corrente é limitada ao valor definido.
  • A tensão baixa automaticamente.

Se a fonte entrar em CC inesperadamente, é sinal de curto-circuito, carga excessiva, ou limite de corrente demasiado baixo.

Medições com a craveira

Material

• Craveira com nónio
• Amostra de rocha
• Balança de precisão

Introdução

Para se medir o comprimento de um objecto com uma craveira, procede-se da seguinte maneira:

• Determine ou leia a natureza do nónio \(a\).
• Coloque o objecto a medir entre as mandíbulas da craveira, comprimindo-as até ficarem bloqueadas pelo objecto.
• Na escala da régua principal, leia o número \(D\) da divisão que fica situada à esquerda da linha de fé do nónio (valor 0 da escala do nónio).
• Na escala do nónio, identifique qual a divisão \(d\) que coincide com uma das divisões da escala da régua principal. Se nenhum traço do nónio coincidir exactamente com um da régua, considera-se coincidente o que estiver mais próximo.
• A medida do comprimento do objecto é dada pela combinação das duas leituras: \(D+a\times d\)

Medição usando o nónio.

No exemplo ilustrada na figura do lado temos:

• Natureza do nónio: \(a = 1/10 = 0,1\,\mathrm{mm}\)
• Linha à esquerda do zero do nónio: \(D = 2\,\mathrm{mm}\)
• Traço coincidente: \(d=6\)
• Comprimento do objecto: \(D+a\times d=2+6\times 0,1 = 2,6\,\mathrm{mm}\)

Procedimento

1. Analise a craveira e leia ou determine a natureza do respectivo nónio, bem como a incerteza associada às medições que irá realizar.
2. Usando a craveira, determine as dimensões (largura \(L\), comprimento \(W\), altura \(H\)) de uma amostra de rocha em forma de paralelepípedo.
3. Determine o volume \(V=L\times W\times H\) e a respectiva incerteza
4. Use a balança digital para determinar a massa \(M\) da rocha
5. Determine a densidade \(\rho=M/V\) da rocha e a incerteza associada. A partir do valor obtido, tente determinar de que rocha se trata:
   • Grés: \(\rho\approx2,1-2,6\,\mathrm{g/cm}^3\)
   • Mármore: \(\rho\approx2,4-2,7\,\mathrm{g/cm}^3\)
   • Xisto: \(\rho\approx2,7-2,9\,\mathrm{g/cm}^3\)

Medições com o osciloscópio

Material

• Osciloscópio digital
• Gerador de funções
• Cabos tipo BNC

Fundamentos do osciloscópio

Medição de tensão AC: definições.

1. Ligue o gerador de funções. Seleccione uma função sinusoidal com amplitude 1 V e frequência 600 Hz.
2. Ligue a saída do gerador de funções à entrada CH1 do osciloscópio. Neste, ajuste as escalas verticais, horizontais e o trigger para estabilizar a imagem obtida, dentro dos limites do écran.
3. Experimente alterar os parâmetros das escalas de tempo (horizontal) e tensão (vertical). Observe como é afectada a dimensão do sinal observado (e a consequente incerteza na medição)
4. Experimente alterar os parâmetros do trigger. Observe como é afectada a posição horizontal do sinal observado.
5. Obtenha no écran um ciclo (i.e. um único período) da onda. Seleccione as escalas horizontal e vertical de modo a conseguir observar a maior onda possível, dentro dos limites do écran.
6. Utilize a escala graduada do osciloscópio para medir a amplitude da onda – tensão de pico \(V_{PK}\), pico-a-pico \(V_{PP}\) e eficaz \(V_{RMS}\) – e o período da onda observada, bem com as suas incertezas. Determine a frequência e compare com o valor do gerador de funções.
7. Altere a escala horizontal de modo a observar 4 períodos completos. Determine novamente o valor do período e compare a precisão com a da medida anterior.
8. Altere a escala vertical para o valor imediatamente a seguir, diminuindo a amplitude da onda observada. Determine novamente o valor da amplitude pico a pico e compare a precisão com a da medida anterior.
9. Repita os ponto 5 a 8, mas agora utilizando os cursores no ecrã e as ferramentas de medição integradas para realizar as mesmas medições (amplitude, período e frequência). Compare os valores obtidos entre os diversos métodos.

Fundamentos do gerador de funções

1. Ligue o gerador de funções à entrada CH1 do osciloscópio. Seleccione uma onda sinusoidal com frequência de 1 kHz e amplitude de 2 V pico-a-pico. Ajuste o osciloscópio de modo a visualizar um ciclo completo.
2. Explore as diferentes formas de onda (quadrada, triangular, dente de serra) e observe as suas formas no osciloscópio.
3. Ajuste o ciclo de trabalho (duty cycle) de uma onda quadrada e observe como afecta a forma de onda.
4. Assegure-se de que percebe a diferença entre ajustar os parâmetros do sinal (no gerador) e os parâmetros de leitura (no osciloscópio)

Sinais com componentes AC e DC

O osciloscópio pode funcionar em modo AC (corrente alternada), significando que é introduzida uma capacidade em série na entrada que elimina a componente DC do sinal, permitindo visualizar com melhor resolução sinais com uma componente DC (de direct current) significativa.

1. Ligue o gerador de funções à entrada CH1 do osciloscópio e seleccione a entrada para DC. Seleccione uma onda sinusoidal com a anterior frequência de 1 kHz e amplitude de 2 V pico-a-pico. Ajuste o osciloscópio de modo a visualizar alguns ciclos completos.
2. Introduza uma componente DC no gerador de funções e observe a influência no osciloscópio.
3. Seleccione agora a entrada para medir sinais AC e analise o impacto na resolução da medida da componente AC do sinal.

Sobreposição e interferência de sinais

Figuras de Lissajous: variação com a razão entre frequências (eixo vertical) e a diferença de fase (eixo horizontal).

1. Para este exercício são necessários dois geradores de funções, pelo que será necessário realizar em conjunto com outro grupo.
2. Ligue um dos geradores de funções à entrada CH1 do osciloscópio. Seleccione uma onda sinusoidal com frequência de 1 kHz e amplitude de 2 V pico-a-pico. Ajuste o osciloscópio de modo a visualizar um ciclo completo, de forma estável.
3. Ligue o outro gerador de funções à entrada CH2. Seleccione uma onda sinusoidal idêntica à anterior. Ajuste o osciloscópio de modo a visualizar os dois canais.
4. Altere a fonte de trigger de CH1 para CH2 e observe o resultado na imagem observada.
5. Utilize a função matemática do osciloscópio para visualizar a soma dos dois sinais. Observe como as variações de fase entre os sinais afectam a forma de onda resultante.
6. Coloque o osciloscópio no modo XY. A forma de activar depende do modelo de equipamento.
7. Obtenha a figura de Lissajous correspondente a dois sinais com frequências (aproximadamente) iguais. Observe como a figura evolui à medida que a diferença de fase entre sinais varia.
8. Experimente obter figuras de Lissajous para diferentes combinações de frequências: 2:1, 3:1, 3:2, etc (ver figura).