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LEI DE OHM CARLOS EDUARDO DOS SANTOS FISÍCA GERAL E EXPERIMENTAL III TURMA: 203A PROF. DR. MARCOS A. P. CHAGAS Aracaju 2021 1. INTRODUÇÃO LEI DE OHM As leis de Ohm são consideradas fundamentais para a eletricidade e para a eletrônica. Elas determinam que a corrente elétrica em um condutor é diretamente proporcional à diferença de potencial aplicada, ou seja, determinam a resistência elétrica dos condutores. Elas foram postuladas pelo físico inglês Georg Simon Ohm (1787-1854) em 1827 através de diversas experiências com condutores, aplicando variações de corrente elétrica. Conforme as leis de Ohm, a corrente elétrica que percorre um condutor é proporcional a voltagem aplicada nos seus terminais. Relacionando às três principais grandezas elétricas, as leis de Ohm comprovam como a tensão, corrente e resistência elétrica estão diretamente ligadas. A partir de seus experimentos com diferentes tipos de condutores, Georg Ohm formulou princípios que foram chamados de leis de Ohm. A primeira lei de Ohm, afirma que a corrente elétrica que atravessa um dispositivo qualquer é sempre diretamente proporcional à diferença de potencial aplicada a esse dispositivo. Esse princípio indica também que a intensidade de corrente elétrica do condutor de resistência constante é proporcional à diferença de potencial aplicada entre suas extremidades. Esse tipo de condutor recebe o nome condutor ôhmico. Assim: Onde: R: resistência (Ohm); U: diferença de potencial elétrico (Volts); I: intensidade da corrente elétrica (Ampére). Suas experiências com diferentes comprimentos e espessuras de fios elétricos, foram cruciais para que postulasse a Segunda Lei de Ohm. Nela, a resistência elétrica do condutor, dependendo da constituição do material, é proporcional ao seu comprimento. Ao mesmo tempo, ela é inversamente proporcional à sua área de secção transversal. Assim: https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/eletricidade https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/corrente-eletrica.htm Onde: R: Resistência (Ω); ρ: Resistividade (Ω.m); l: Comprimento (m); A: Área transversal (m²). Os resistores estão relacionados com a resistência elétrica. No dia a dia eles estão presentes no aquecedor de um chuveiro elétrico, em lâmpadas incandescentes, e em diversos aparelhos elétricos e muito mais, onde empregam circuitos com dois ou até mais resistores e em alguns desses circuitos é utilizada associação de resistores. Os tipos de associação de resistores são: em série, em paralelo e mista. É denominado resistor equivalente aquele que possui as mesmas propriedades da associação. 2. OBJETIVO Este experimento explora a Lei de Ohm e suas implicações para os circuitos elétricos. Inicialmente, você investigará o conceito de resistividade elétrica e encontrará a relação entre resistividade e resistência elétrica. Em uma segunda fase, você irá investigar como corrente e tensão elétrica se relacionam através da Lei de Ohm. 3. METODOLOGIA Materiais Utilizados • Multímetro; • Interruptor; • Fonte de alimentação; • Painel Dias Blanco. Procedimentos O procedimento iniciou através do posicionamento das pontas de provas nos bornes. Onde as colunas eram representadas por letras (A, B, C, D e E) e o resistores por números de 1 à 5 em cada coluna. Logo em seguida o multímetro foi ligado e ajustado para a posição 200 Ω, valor esse adequada para realizar medições de resistência elétrica. Logo após tudo está ok com o painel de Blanco e com o multímetro, a medições (Resistência elétrica x Comprimento do resistor) começou, primeiro com o resistor 1, através dos seguintes conjuntos, AB, AC, AD e AE. Pegando as pontas do multímetro, foi colocado a positiva na coluna A e resistor 1 e a negativa na coluna B e resistor 1. Após o posicionamento das pontas, o multímetro registrou um valor, onde foi colocado na tabela. O mesmo processo foi feito com os seguintes conjuntos (AC, AD e AE) e seus resultados anotados novamente na mesma tabela anterior, como mostra abaixo. Resistor 1 L (m) R (Ω) R/L (Ω/m) AB 0,25 4,50 18,00 AC 0,50 8,80 17,60 1 E D C B A 5 AD 0,75 13,10 17,46 AE 1,00 17,50 17,50 Tabela 1: Resistência elétrica x Comprimento do resistor Após todas as medições foi encontrado os valores de R(Ω) conforme tabela acima, porém depois foi necessário encontrar o valor de R/L (Ω/m) para preencher as informações e assim foi feito: AB= 𝐑 𝐋 = 𝟒,𝟓 𝟎,𝟐𝟓 = 18,00 AC= 𝐑 𝐋 = 𝟖,𝟖 𝟎,𝟓𝟎 = 17,60 AD= 𝐑 𝐋 = 𝟏𝟑,𝟏 𝟎,𝟕𝟓 = 17,46 AE= 𝐑 𝐋 = 𝟏𝟕,𝟓 𝟏,𝟎𝟎 = 17,50 Depois de encontrar as medidas da tabela 1(Resistência elétrica x Comprimento do resistor) foi iniciado as medições utilizando os resistores 1, 2 e 3 nas posições AE3, AE4 e AE5 para preencher a tabela 1(Resistência elétrica x área). O processo para encontrar os resultados foi exatamente igual ao anterior, a única coisa que mudou nesse foi a questão da área que foi preciso calcular através do diâmetro adquirido no painel de Blanco em cada resistor, conforme imagem abaixo. Após todas as medições encontradas através do multímetro, foi colocado todos os valores na segunda tabela, conforme dados abaixo. A (m²) R (Ω) R·A (Ω·m²) Resistor 3 4,07 x 10−7 3,40 1,3838 𝑥 10−6 Resistor 4 2,04 x 10−7 5,10 1,0404 𝑥 10 −6 Resistor 5 3,21 x 10−7 0,10 3,21 x 10−8 Tabela 2: Resistência elétrica de um resistor em função da área Depois dos valores de R(Ω) encontrados conforme tabela acima, foi necessário também encontrar o valor de A (m²) e de R·A (Ω·m²) para preencher as informações e assim foi feito através dos cálculos seguintes com o resistor 1, 2 e 3: Resistor 3: 1º Passo: Transformar mm em m. Diâmetro: 0,72 mm = 0,72 x 10−3 2º Passo: Encontrar o raio(r) para achar a área(A). r: D 2 = 0,72 X 10−3 2 = 0,36 𝑥 10−3m 3º Passo: Calcular a área A: π𝑅2= 3,14.(0,36 𝑥 10−3)2 = A: 4,07 x 10−7𝑚2 4º Passo: Calcular o produto da área pela resistência. A.R= 3,40 . 4,07 x 10−7 = A. R: 1,3838 x 10−6 Resistor 4: 1º Passo: Transformar mm em m. Diâmetro: 0,51 mm = 0,51 x 10−3 2º Passo: Encontrar o raio(r) para achar a área(A). r: D 2 = 0,51 X 10−3 2 = 0,255 𝑥 10−3m 3º Passo: Calcular a área A: π𝑅2= 3,14.(0,255 𝑥 10−3)2 = A: 2,04 x 10−7𝑚2 4º Passo: Calcular o produto da área pela resistência. A.R= 5,1 . 2,04, x 10−7 = A. R: 1,0404 x 10−6 Resistor 5: 1º Passo: Transformar mm em m. Diâmetro: 0,64 mm = 0,64 x 10−3 2º Passo: Encontrar o raio(r) para achar a área(A). r: D 2 = 0,64 X 10−3 2 = 0,32 𝑥 10−3m 3º Passo: Calcular a área A: π𝑅2= 3,14.(0,32 𝑥 10−3)2 = A: 3,21 x 10−7𝑚2 4º Passo: Calcular o produto da área pela resistência. A.R= 0,1 . 3,21 x 10−7 = A. R: 3,21 x 10−8 Depois de encontrar as medidas da tabela 1(Resistência elétrica x Comprimento do resistor) e da tabela 2 (Resistência elétrica x área) foi iniciado as medições utilizando a fonte com cinco variações de tensão (0,5, 1,0, 1,5, 2,0 e 2,5), para a tabela 3, para encontrar os valores do resistor 4. Mas antes de começar as medições foi necessário o ajuste no multímetro para 20. Diferente dos dois experimentos anteriores, O processo para encontrar os resultados foi diferente. Nesse foi necessário a utilização da fonte e do multímetro ao mesmo tempo na posição AE4, conforme imagem abaixo. Após todas as medições encontradas através do multímetro e da fonte, foi colocado todos os valores na terceira tabela, conforme dados abaixo. V (V) I (A) V/i (V/A) 0,50 0,09 5,55 0,99 0,19 5,21 1,50 0,39 3,84 2,01 0,40 5,02 2,49 0,49 5,08 Tabela 3: Corrente elétrica de um resistor Depois dos valores de I (A) encontrados conforme tabela acima, foi necessáriotambém encontrar o valor de V/i (V/A) para preencher as informações e assim foi feito através dos cálculos seguintes com o resistor 4. 𝐕 𝐢 = 0,50 0,09 = 5,55(V/A) 𝐕 𝐢 = 0,99 0,19 = 5,21(V/A) 𝐕 𝐢 = 1,50 0,39 = 3,84(V/A) 𝐕 𝐢 = 2,01 0,40 = 5,02(V/A) 𝐕 𝐢 = 2,49 0,49 = 5,08(V/A) 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO Resistividade de um resistor em função do comprimento Construa o gráfico da “Resistência elétrica x Comprimento do resistor”. Resistor 1 L (m) R (Ω) R/L (Ω/m) AB 0,25 4,50 18,00 AC 0,50 8,80 17,60 AD 0,75 13,10 17,46 AE 1,00 17,50 17,50 O que é possível observar com relação ao comportamento da resistência elétrica? Explique. Através do gráfico dar para observar e identificar que a resistência é diretamente proporcional ao tamanho do condutor. Pois claramente com os dados da tabela, quanto maior for o comprimento do condutor maior será a resistência. Calcule a resistividade do resistor 1. Resistência elétrica de um resistor em função da área Calcule a resistividade de cada resistor. A (m²) R (Ω) R·A (Ω·m²) Resistor 3 4,07 x 10−7 3,40 1,3838 𝑥 10−6 Resistor 4 2,04 x 10−7 5,10 1,0404 𝑥 10 −6 Resistor 5 3,21 x 10−7 0,10 3,21 x 10−8 Resistor 3: ρ =R 𝑨 𝑳 = 1,3838 𝑥 10−6 Resistor 4: ρ =R 𝑨 𝑳 = 1,0404 𝑥 10−6 Resistor 5: ρ =R 𝑨 𝑳 = 3,21 x 10−8 Para o cálculo da resistividade utilize a fórmula: ρ = 𝑅𝐴/𝐿 Qual dos resistores possui maior resistividade? Por quê? 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 R e si st ê n ci a e lé tr ic a Comprimento do resistor “Resistência elétrica x Comprimento do resistor” O resistor 5. Pois levando em consideração o conceito resistividade elétrica, quanto menor a resistividade, mas ele permitirá a passagem da corrente elétrica, ou seja, assim quanto menor a área maior a resistividade. Corrente elétrica de um resistor Construa o gráfico da “Tensão elétrica x Corrente elétrica”, caso precise retorne ao roteiro teórico para relembrar a relação entre Tensão elétrica ou corrente elétrica. Depois da realização do experimento o que é possível observar com relação ao comportamento da corrente elétrica? Explique. Através do gráfico (tensão elétrica x corrente elétrica) dar para perceber que um crescimento crescente, ou seja, conforme a tensão aumenta, o valor da corrente também aumentará. Assim, foi possível observar que a corrente é proporcional a tensão aplicada, logo quanto maior é o valor da tensão, maior será o valor da corrente. É possível realizar as medições de corrente elétrica em todos os resistores? Caso não, por quê? Não. Pois mediante a prática, as medições não ocorrerão, devido a falta de tensão no processo. 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 Te n sã o e lé tr ic a Corrente elétrica Tensão elétrica x Corrente elétrica Qual dos resistores apresentou maior valor para a corrente elétrica? Tente elaborar uma justificativa, abordado o comportamento da resistência elétrica como a passagem da corrente elétrica. O resistor AE3, pois por possuir menor resistência elétrica dentre os outros, sua quantia para a corrente elétrica foi maior. 5. CONCLUSÃO Mediante o experimento realizado, pode-se concluir que as medidas comprovam as leis de Ohm (Primeira e Segunda), pois elas determinam que a corrente elétrica em um condutor é diretamente proporcional à diferença de potencial aplicada, ou seja, determinam a resistência elétrica dos condutores. Assim com a utilização da lei de Ohm pode ser analisado qualquer peça de um circuito elétrico. Mas desde que tenha conhecimento sobre suas variáveis (R: resistência (Ohm), I: intensidade da corrente elétrica (Ampére) e V: Tensão elétrica). 6. BIBLIOGRAFIA Boylestad L. R, “Introdução à Análise de Circuitos”, 10ª Edição, Editora Person Education, Hoboken, New Jersey (2010). Fabiana. D, Leis de Ohm, disponível em: <https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/leis-de-ohm/ >, acesso em 08/05/2021. Rosimar G., Lei de Ohm, disponível em: < https://www.todamateria.com.br/leis- de-ohm/>, acesso em 08/05/2021. https://en.wikipedia.org/wiki/Hoboken,_New_Jersey https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/leis-de-ohm/ https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/leis-de-ohm/ https://www.todamateria.com.br/leis-de-ohm/ https://www.todamateria.com.br/leis-de-ohm/
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