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RELATÓRIO I: RESISTORES E CAPACITORES Carlos Henrique Braz da Silva Laboratório de Física III, 6T45 Turma A Professor Lucas de Souza Ferreira Neste relatório reportamos a medição de resistores e capacitores para uma associação em serie, paralela e mista utilizando um multímetro. Após a aferição experimental foi-se analisado a compatibilidade (k=2,5) ao valor nominal concluindo-se compatível em todas as situações. 1. INTRODUÇÃO No presente relatório teve-se como objetivo a medição experimental dos valores da resistência e capacitores propostos e posteriormente fazer a compatibilidade entre os valores medidos e os valores informado pelo fabricante. Resistores Resistores são dispositivos usados para controlar a passagem de corrente elétrica em circuitos elétricos por meio do efeito Joule, que converte energia elétrica em energia térmica (uma das principais aplicações de resistores é em chuveiros elétricos). De acordo com a 1ª Lei de Ohm a razão entre o potencial elétrico (V) e a corrente elétrica (Ω) é sempre constante e definido por: 𝑅 = 𝑈 𝐼 (1), onde R- Resistencia elétrica (Ω), U- Diferença de potencial elétrico (V) e I= Corrente (A). De acordo com a 2ª Lei de Ohm, a capacidade dos resistores de controlar o fluxo de corrente elétrica diz respeito à sua resistência. Ela, por sua vez, depende de fatores geométricos, como o comprimento e a área transversal do resistor, e também de uma grandeza característica de cada material conhecida como resistividade. A fórmula que usamos para calcular a resistência elétrica, em função de parâmetros geométricos, como a área transversal e o comprimento do resistor, conhecida como 2ª lei de ohm, é descrita como 𝑅 = 𝜌𝐿 𝐴 (2) sendo R- Resistencia elétrica (Ω), ρ – resistividade (Ω.m) L – comprimento (m) A – área transversal (m²). Os resistores podem ser diferentes de acordo com o material que foi produzido, temos resistores de fio metálico, resistores de filme de carbono e resistor de filme metálico. Em circuitos elétricos os resistores podem ser utilizados em paralelo ou em serie ou até mesmo associação mista, dada pela seguinte equação 𝑅𝑒 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 (3) Resistencia equivalente dada pelo resistor em serie 1 𝑅𝑒 = 1 𝑅1 + 1 𝑅2 + 1 𝑅3 (4) Resistencia equivalente dada pelo resistor em paralelo CAPACITORES Capacitores são dispositivos utilizados para armazenamento de cargas elétricas. Existem capacitores de diversos formatos (capacitores de filme plástico, eletrolítico, cerâmico e tântalo). Todos esses compartilham algo em comum: são formados por dois terminais separados por algum material dielétrico, as utilidades são inuméricas, como maquinas fotográficas, computadores e televisores. Quando o ligamos a um ddp forma-se um campo elétrico entre suas placas fazendo que os capacitores acumulem cargas entre seus terminais. A capacitância é uma propriedade física que mede a eficiência deum resistor medida em Faraday (F) O modelo é representado por 𝐶 = 𝑄 𝑈 (5), onde C -capacitância (F) Q- carga elétrica (C) U - tensão elétrica (V) Assim como fazemos com os resistores quando combinamos em série temos o seguinte modelo: 1 𝐶𝑒 = 1 𝐶1 + 1 𝐶2 + 1 𝐶3 (6) Já os capacitores em paralelo serão dados por: 𝐶𝑒 = 𝐶1 + 𝐶2 + 𝐶3 (7) MATERIAIS E METODOS I MATERIAIS Um multímetro Fluke 117 Um resistor de 47 e 10 W Um resistor de 120 e 10 W Um resistor de 220 e 10 W Um capacitor 3,3 µF Um capacitor 1,6 µF Um capacitor 6,6 µF Seis cabos curtos para conexão elétrica. Um par de cabos originais do multímetro. II MÉTODOS Com um multímetro de resolução 0,1 Ω para a resistência e 1nF para a capacitância, foi medido a resistência dos três capacitores individualmente, em serie, paralelo e logo em seguida misto, o mesmo procedimento foi realizado para os capacitores. Para a medida da incerteza nominal foi-se utilizado a dita pelo manual do fabricante A Tolerância do valor experimental dada para o capacitor e o resistor foi de 10%. A incerteza dada pelo fabricante do voltímetro para o cálculo da resistência foi de u = 0,9% do valor medido + (2x0,1Ω) (8) enquanto para a capacitância foi de u = 1,9% do valor medido + (2x1 nF) (9) A incerteza nominal propagada para o cálculo de Re (Série), Re (Paralelo), Re (misto), Ce(série) e Ce (mista) foram desenvolvidas a partir da equação da incerteza do tipo C 𝑢 = √( 𝜕𝑦 𝜕𝑎 ) 2 𝑢𝑎² + ( 𝜕𝑦 𝜕𝑏 ) 2 𝑢𝑏2 + ( 𝜕𝑦 𝜕𝑐 ) 𝑢𝑐² (10) RESULTADOS I. RESISTORES Para o seguinte experimento forma colhido os seguintes resultados, Para o Resistor: TABELA 1: Valores de Resistencia Analisando os resistores e comparando o valor nominal junto com o valor experimental, temos o seguinte gráfico com suas incertezas: Associação Valor nominal ± tolerância (Ω) Valor experimental ± incerteza (Ω) R1 47 ± 4,7 Ω 46,9 ± 0,6 Ω R2 120 ± 12 Ω 119,0 ± 1,3 Ω R3 220 ± 22 Ω 221,4 ± 2,2 Ω Re(série) 387 ± 25Ω 387,6 ± 3,7 Ω Re(paralelo) 29,3 ± 2,5Ω 29,1 ± 2,6 Ω Re(mista) 124,6 ± 7,4Ω 123,9 ± 12Ω Figura 1: Valor experimental x valor nominal das resistências. Para a resistência equivalente mista temos o seguinte esquema: Figura 2: Desenho esquemático dos resistores em sistema misto II CAPACITORES Associação Valor nominal ± tolerância (Ω) Valor experimental ± incerteza (Ω) C1 3,3 ± 0,3 µF 3,35 ± 0,07 µF C2 1,6 ± 0,2 µF 1,68 ± 0,03 µF C3 6,6 ± 0,7 µF 6,71 ± 0,13 µF Ce(série) 0,93 ± 0,07 µF 0,95 ± 0,02 µF Ce(paralelo) 11,5 ± 0,8 µF 11,70 ± 0,22 µF Ce(mista) 2,35 ± 0,13 µF 2,400 ± 0,048 µF TABELA 2: Valores de capacitância Analisando os capacitores e comparando o valor nominal junto com o valor experimental, temos o seguinte gráfico com suas incertezas: Figura 3: Valor experimental x valor nominal das capacitâncias. Para a capacitância equivalente mista temos o seguinte esquema: Figura 3: Diagrama elétrico da associação mista de capacitores Figura 4: Constituição dos capacitores que estão nessa associação. DISCUSSÃO Utilizando-se da análise dos dados podemos analisar a compatibilidade e discrepância de nossos resultados utilizando a formula dada por: | 𝐴−𝐵 | √𝑢2𝑎+𝑢²𝑏 ≤ 𝑘 (11), sendo que adotamos com 2,5 o fator de abrangência para k. Associação Valor de k Conclusão R1 0.02110 Compatível R2 0.08284 Compatível R3 0.04522 Compatível Re(série) 0.02374 Compatível Re(paralelo) 0.05544 Compatível Re(mista) 0.04965 Compatível C1 0.16230 Compatível C2 0.39557 Compatível C3 0.15450 Compatível Ce(série) 0.12674 Compatível Ce(paralelo) 0.02410 Compatível Ce(mista) 0.36080 Compatível TABELA 3: Tabela de análise de conclusão de K. CONCLUSÃO Analisando os valores nominais oferecidos pelo fabricante com o valor aferido em laboratório, utilizando de formulas estáticas conseguimos comprovas a compatibilidade dos resistores e equipamentos, ou seja, a especificação do equipamento (e aprovada pelo INMETRO) foi compatível com o que aferimos em laboratório com o nosso multímetro e pela conclusão da análise de dados concluímos que nosso experimento foi bem sucedido e conseguimos provar o que propomos na introdução. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, c2009 vol 3; TEIXEIRA, Mariane Mendes. "O que é resistência elétrica?"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que- e/fisica/o-que-e-resistencia-eletrica.htm. Acesso em 14 de setembro de 2020. HELERBROCK, Rafael. "O que é capacitor?"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que- e/fisica/o-que-e-capacitor.htm. Acesso em 14 de setembro de 2020. PIACENTE,Giovanni; SANTOS, Marcus Carrião dos; CARDOSO, Wesley Bueno; MENDANHA NETO, Sebastião Antônio; CÉLERI, Lucas Chibebe; LEITE, Idney Resplandes Brandão. Física Experimental I: notas introdutórias. Goiânia: Ufg, 2018. 98 p.
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