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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FLORESTAIS LEI DE OHM E RESISTIVIDADE ELÉTRICA MANAUS 2022 ANA KAROLINE BRASIL SOARES ANTONIA HELOISA PEIXOTO DOS SANTOS EMILY TALINE TROVÃO NEGREIROS LARIANY FALCÃO DE LIMA LOPES Relatório apresentado ao curso de bacharelado em Engenharia Florestal da Universidade Federal do Amazonas, como requisito para obtenção de nota parcial nas aulas de Física B. Orientador: Prof° ANTONIO CARLOS RODRIGUES BITTENCOURT TEONIS SILVA DE PAIVA MANAUS 2022 SUMÁRIO INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................................ 5 PARTE EXPERIMENTAL ................................................................................................... 7 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .............................................................................. 7 RESULTADOS ........................................................................................................................ 9 CONCLUSÕES ..................................................................................................................... 17 REFERÊNCIAS .................................................................................................................... 19 INTRODUÇÃO A resistividade mede a resistência intrínseca de um material à passagem de corrente elétrica. Cada material possui sua própria resistividade elétrica e isso independe da sua forma (DUARTE, 2022). Quando se liga um interruptor de luz, aplica-se uma diferença de potencial ao filamento da lâmpada que provoca o fluxo de carga elétrica através do filamento (COSTA, 2013). A corrente elétrica consiste no movimento ordenado de elétrons e é formada quando há uma diferença de potencial num fio condutor elétrico. Esse movimento, por sua vez, fica sujeito a uma oposição que é a resistência elétrica que existe nos condutores (COSTA, 2013). A 1ª lei de Ohm revela como as 3 quantidades básicas de eletricidade (tensão, corrente e resistência) se relacionam. Esta lei é dada por V = R ⋅ I. Nota-se que conhecendo duas grandezas em pode facilmente se determinar a terceira grandeza, bastando apenas manipular algebricamente a equação, tal como apresenta-se em: I=V/R ; R=V/I (LEMES, 2016). A 2ª lei de Ohm é a equação básica para o cálculo de resistência elétrica de um corpo. Ela é dada por R = ρ ⋅ l/A [Ω] sendo ρ a resistividade do material, l o comprimento do corpo e A a área do corte transversal. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Lei de Ohm. É assim chamada em homenagem ao físico alemão Georg Simon Ohm, que através de seus estudos estabeleceu a relação tensão-corrente em resistores. Assim, devido ao expressivo resultado de seu trabalho, a unidade de resistência leva seu nome (SILVA, 2015). No Sistema Internacional de Unidades, a resistência R do condutor é medida em (volt/ampère) ou ohm (Ω). Para muitos materiais, incluindo os metais, experimentos mostram que a resistência é constante para grande parte das voltagens aplicadas (BERNARDI; PANTANO, 2013). Sua resistência elétrica é constante. Ela é representada pela seguinte fórmula: 𝑅 = 𝑈 𝐼 Onde: R: resistência, medida em Ohm (Ω) U: diferença de potencial elétrico (ddp), medido em Volts (V) I: intensidade da corrente elétrica, medida em Ampére (A). A resistividade elétrica é uma importante característica dos materiais, uma vez que diferentes materiais também apresentam diferentes valores de resistividade. Esses valores podem indicar se o material é condutor, semicondutor ou isolante elétrico (BERNARDI; PANTANO, 2013). Resistividade e condutividade são duas das principais propriedades elétricas de materiais, permitindo-nos caracterizar se os mesmos são bons ou maus condutores de eletricidade. Essas duas grandezas também têm uma dependência com a temperatura dos materiais (BERNARDI; PANTANO, 2013). A segunda Lei de Ohm está relacionada com as propriedades físicas que venham a causar certa interferência quanto a resistência elétrica de um corpo condutor e homogêneo. A resistência de um condutor está diretamente ligada à sua forma, porém, também está atrelada a fatores microscópicos, descritos estes, em uma grandeza física chamada resistividade. A resistividade mede a oposição que algum material oferece ao fluxo de cargas elétricas e que independem das dimensões do corpo, ou seja, maior a resistência à passagem de corrente elétrica, maior a alta resistividade dos materiais (SANTOS et al., 2020). A segunda Lei de Ohn é representada pela seguinte fórmula: 𝑅 = 𝑝 𝐿 𝐴 Onde: R: resistência (Ω) ρ: resistividade do condutor (depende do material e de sua temperatura, medida em Ω.m) L: comprimento (m) A: área de secção transversal (mm² ) Assim os materiais ou dispositivos que obedecem à Lei de Ohm são denominados ôhmicos. Diante disso, para esses materiais há uma relação linear entre a voltagem aplicada e a intensidade de corrente estabelecida (SERWAY, JEWETT JR., 2002). PARTE EXPERIMENTAL Material Necessário 1 fio de constantan (0, 2mm de diâmetro) 2 fios de conexão 1 régua 2 garras de montagem 1 fonte de CC variável 1 amperímetro 2 isoladores Figura 1: Esquema elétrico montado para realização do experimento. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1° Para início do procedimento a fonte de tensão e corrente foram ligadas ao polo positivo que entra em um pino conectado ao fio de constantan (cerca de 0,2mm d diâmetro) no carretel usado para expandir conforme as “pernas” do experimento, a corrente passa por todo o fio entra no segundo conector que volta para a fonte completando o circuito em série. 2° Após a montagem do circuito para início das medições de voltagem é utilizado o amperímetro na função de multímetro na sua devida escala e com os fios conectados à fonte (fio azul no polo negativo e fio amarelo conectado ao polo positivo da fonte). 3° É importante sempre ligar a fonte com valores zerados e com ajuste de voltagem na fonte, os valores são anotados de acordo com o que se pede na tabela L = 0,60m, 0,70m, 0,80m, 0,90m e 1,00m.. Em seguida para variação de comprimento expandiu-se até 1m liga-se a fonte com valores zerados e anota-se a numeração correspondente no voltímetro. 4° Para segunda parte do experimento o fio de constantan foi passado uma segunda vez pelos pinos, simbolizando que a área da corrente foi dobrada de valor sendo sua segunda perna. Após ajustes da corrente pelos valores da tabela obteve-se a leitura no voltímetro e repetiu o procedimento 3 para 2, 3 e 4 pernas de fio de constantan, enrolando-o em paralelo. RESULTADOS Os seguintes dados foram obtidos após a realização do experimento: Tabela 1: Valores de voltagem e intensidade de corrente conforme determinados no experimento. Conforme os valores obtidos, foram gerados gráficos de V=f(i) para cada comprimento. Observe: Figura 2: Gráfico V = f(i) para 0,6m. Fonte: Software Origin. Figura 3: Gráfico V = f(i) para 0,7m. Fonte: Software Origin. Figura 4: Gráfico V = f(i) para 0,8m. Fonte: Software Origin. Figura 5: Gráfico V = f(i) para 0,9m. Fonte: Software Origin. Figura 6: Gráfico V = f(i) para 1,0m. Fonte: Software Origin.Figura 7: Gráfico V = f(i) para 2 pernas. Fonte: Software Origin. Figura 8: Gráfico V = f(i) para 3 pernas. Fonte: Software Origin. Figura 9: Gráfico V = f(i) para 4 pernas. Fonte: Software Origin. Os valores das inclinações de retas foram obtidos através do cálculo da equação da reta, realizado no Software Origin. Sendo a resistência o coeficiente angular da reta, obtendo assim os seguintes valores: Tabela 2: Valores de resistências obtidas conforme os gráficos V = f(i). De posse dos valores de resistência obtidos acima, foi realizado o gráfico de R = f(L) para os procedimentos 3 e 4, como também o gráfico R = f(S), referente ao procedimento 5, veja abaixo: Figura 10: Gráfico R = f(L). Fonte: Software Origin. Figura 11: Gráfico R = f(S). Fonte: Software Origin. Por fim, foi realizado o gráfico R = f(1/S), onde calculou-se a resistividade ( ρ±∆ ρ) do constantan através da inclinação da reta do gráfico. As áreas foram obtidas da seguinte forma: 1 m: S = πr2 = ( 0,2×10−3 2 ) 2 = π(10−4)2 = 3,14 × 10−8m2 2 perna: 2S = πr2 = ( 0,2×10−3 2 ) 2 = 2π(10−4)2 = 6,28 × 10−8m2 3 perna: 3S = πr2 = ( 0,2×10−3 2 ) 2 = 3π(10−4)2 = 9,42 × 10−8m2 4 pernas: 4S = πr2 = ( 0,2×10−3 2 ) 2 = 4π(10−4)2 = 12,56 × 10−8m2 Obtidos os valores acima foi calculado o inverso da área: 1 𝑆 = 1 3,14 × 10−8𝑚² = 0,31 × 108𝑚−2 1 2𝑆 = 1 6,28 × 10−8𝑚² = 0,16 × 108𝑚−2 1 3𝑆 = 1 9,42 × 10−8𝑚² = 0,11 × 108𝑚−2 1 4𝑆 = 1 12,56 × 10−8𝑚² = 0,08 × 108𝑚−2 Figura 12: Gráfico R = f(1/S) . Fonte: Software Origin. A resistividade elétrica do fio de constantan foi dada pela a inclinação da reta do gráfico R=f(1/S), calculada pelo Software Origin de aproximadamente (48,66 ± 0,51) × 10−8Ω𝑚. (𝜌 ± 𝛥𝜌) ≅ (48,7 ± 0,5) × 10−8Ω𝑚 = (4,86 ± 0,05) × 10−7Ω𝑚 CONCLUSÕES Por meio deste relatório e da experimentação, pode-se extrair conhecimentos essenciais para a definição da Lei de Ohm e resistividade elétrica. A Lei de Ohm estabelece uma relação entre tensão (V) e corrente (A), que dá origem a noção de resistência (Ω). Já a resistividade elétrica é uma medida da oposição de um material ao fluxo de corrente. Relacionando os dois conceitos obtém-se a seguinte fórmula matemática: Onde 𝜌 é a resistividade elétrica, 𝑙 o comprimento do fio, 𝐴 a área da seção transversal e 𝑅 a resistência elétrica. Por meio dos resultados obtidos, percebe-se que conforme o comprimento do fio utilizado aumentava, maior era a tensão e resistência adquirida, pois assim maior será o espaço entre as cargas fazendo com que aumente a probabilidade de colisões entre elétrons ao passar pelo condutor. E quanto mais a área da seção transversal do condutor aumentava no experimento, menor a resistência elétrica ficava, uma vez que com o aumento da área mais fácil é a passagem dos elétrons. No experimento o aumento de área acontecia quando se colocava um fio em paralelo com outro, nesse caso a resistência diminui, pois, a corrente é distribuída em cada fio em paralelo. Essa interpretação adquirida pelas amostras permite confirmar a relação da Segunda Lei de Ohm acima. Além disso, foi possível encontrar a resistividade do constantan a partir da inclinação da reta do gráfico R = f(1/S), onde (𝜌 ± ∆𝜌) ≅ (45 ± 2) × 10−8Ω𝑚. Percebe-se que esse resultado se assemelha com o esperado 49 × 10−8Ω𝑚 dado em temperatura ambiente de 20°C. Os possíveis desvios e margem de erro que diferem o obtido do esperado podem ser dados devido a temperatura diferente do ambiente. Por fim, o trabalho experimental concluído proporcionou um maior entendimento no estudo da Lei de Ohm e resistividade elétrica, auxiliando nas aulas teóricas da disciplina Física B do curso de Engenharia Florestal. Quando aplicamos uma tensão a qualquer condutor, a corrente elétrica flui através dele, essa relação é uma constante que constante é a própria resistência elétrica e sua depende da natureza do material. E pela lei de ohm se dá a relação entre os três V = R.I. A segunda lei de ohm vimos que a resistência depende da geometria do condutor (espessura e comprimento) e do material de que ele é feito, por sua vez é diretamente proporcional ao comprimento do condutor e inversamente proporcional a área de secção (a espessura do condutor). Temos como exemplo prático as linhas de transmissão o fluxo de corrente nessas distribuições depende da tensão e da resistência do material, sendo assim podemos analisar esses componentes de forma amostral no fio de constantan. REFERÊNCIAS BERNARDI, Luis Otavio; PANTANO, Rubens Filho. MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE ELÉTRICA EM CONDUTORES METÁLICOS. 2013. Disponível em: http://www.revistaintellectus.com.br/artigos/19.201.pdf. Acesso em: 28 fev. 2022. COSTA, Sónia Isabel Nunes. Lei de Ohm. Covilhã: Universidade da Beira Interior, 2013. DUARTE, Prof. Diego Alexandre. Corrente e resistência. Universidade Federal de Santa Catarina. Disponível em: https://diegoduarte.paginas.ufsc.br/files/2020/03/Corrente-e- resist%C3%AAncia.pdf. Acesso em: 01 mar. 2022. LEMES, Prof. Andryos da Silva. ELETRICIDADE BÁSICA. São Paulo: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, 2016. 28 p. SILVA, Juarez B. Guia de aplicação: lei de Ohm. Santa Catarina: Rexlab, 2015. 12 p. SANTOS, Carlos Vinicius Arnbio et al. Segunda Lei de Ohm. 2020. Disponível em: https://pt.scribd.com/document/531424469/Segunda-lei-de-Ohm-R06. Acesso em: 01 mar. 2022. SERWAY, R. A.; JEWETT JR., J. W. Princípios de Física: eletromagnetismo. 1ª ed. v. 3. São Paulo: Pioneira Thomson Learning. 2004. p. 200.
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