Pratica 4 parte 1 - Experimento

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Universidade Federal de Pernambuco 
CCEN - Departamento de Física 
Física Experimental 2 – 2020.2 
 
Prática 4.1 - Experimento 
Características corrente-tensão de condutores elétricos 
Turma: W4 Estudante: WANDERSON BEZERRA DOS SANTOS 
Antes de começar a prática é importante ter lido a apostila, feito o aquecimento e 
instalado o arduino conforme divulgado no classroom da disciplina. 
Medidas de segurança (muito importante): 
● Antes de qualquer coisa, não conecte o multímetro à tomada! A tensão envolvida 
pode ser fatal para você e/ou o instrumento. 
● Muito cuidado ao medir correntes! Veja no material suplementar teórico qual o 
modo correto de se utilizar o amperímetro, ou então você queimará um fusível interno 
ao multímetro. Isto não gerará maiores danos, porém será um enorme inconveniente. 
● O arduino será um ajudante fundamental nesta disciplina. Tome bastante 
cuidado com ele. Sempre preste atenção ao LED PWR indicador de alimentação 
(pode ser de diversas cores como azul, vermelho ou verde). Se o LED de alimentação 
fica com uma cor mais “fraca” ou mesmo apagar enquanto o arduino estiver 
conectado ao USB de seu PC, DESCONECTE O CABO USB IMEDIATAMENTE. A 
diminuição de intensidade deste LED indica um curto circuito e isto pode 
sobrecarregar a USB de seu computador e também o arduino e pode levar a danos a 
ambos. Identifique a origem do curto (ex.: um fio que conecta 5V diretamente ao GND) 
e só conecte depois de eliminar o curto. 
● Não utilize o arduino para medir tensões de fontes externas como baterias, 
tomadas e etc. Ele só mede tensões entre 0 e 5V conforme a referência da placa, e 
tentar usar o arduino para medir outra fonte de tensão provavelmente irá queimar o 
voltímetro interno, inutilizando o arduino para a nossa disciplina. 
Medições de corrente e tensão elétricas em circuitos simples 
Queremos montar um circuito conforme a figura 1. Utilizando multímetros digitais como 
voltímetro e amperímetro. Observe que o voltímetro é conectado em paralelo ao resistor e 
o amperímetro em série com o mesmo. 
 
Figura 1: Diagrama mostrando o circuito para medida simultânea da corrente e tensão 
elétricas através do resistor de 27 Ω. 
 
Figura 2: Representação do circuito na protoboard. A corrente elétrica sai da fonte pelo cabo 
laranja e vai para o multímetro (não mostrado) no modo amperímetro DC (mA-) pela entrada 
positiva (vermelha). A saída do multímetro (COM) se conecta ao cabo marrom da figura. 
Utilize cabos com garra de jacaré para tais conexões. O cabo marrom se conecta ao resistor 
de carga que então vai para o 0 V da placa. O jumper verde permite que a entrada A0 do 
arduino meça a tensão sobre o resistor sendo testado (22 𝛺, não é o resistor indicado para 
esta prática). 
1. Uma vez que só temos um multímetro, ele será utilizado como amperímetro. O arduino 
pode ser utilizado como voltímetro utilizando o aplicativo arduscópio. Caso ainda não 
tenha feito esta etapa, baixe no classroom o arquivo arduscopio.zip. Extraia o 
conteúdo do arquivo zip numa pasta chamada arduscopio. Com o aplicativo arduino, 
abra o arquivo arduscopio.ino. Carregue este código para a placa arduino. Caso não 
lembre como isto é feito, reveja o passo a passo de como gravar o código do exemplo 
blink no arduino contido no Guia básico de instalação do arduino, que pode ser 
encontrado no classroom da disciplina. 
2. Dentro da pasta arduscopio, encontre e execute dentro desta pasta o programa 
arduscopio.exe. Na caixa de seleção é importante que selecione a porta de 
comunicação utilizada pelo arduino. Tipicamente será uma opção que contém CH340. 
Então, aperte o botão de “play” ao lado da caixa de seleção e a comunicação deve ser 
estabelecida automaticamente. Agora o pino A0 da placa arduino funciona para medir 
tensões, que serão mostradas no aplicativo no computador. O valor médio de tensão 
medido é reportado no canto direito da tela, após mean. 
3. Monte o circuito conforme o diagrama da figura 1. 
Tire uma foto (ou mais) do seu aparato experimental. É necessário que na foto 
apareça um documento oficial seu com foto. Responda abaixo: 
 
4. Variando a tensão de saída da fonte 𝑉0, meça simultaneamente a corrente e a tensão 
para 10 valores de corrente desde 0 mA até maior corrente que sua fonte conseguir. 
Registre seus dados e represente a curva 𝐼 vs 𝑉 para este resistor. Verifique a validade 
da lei de Ohm. Calcule o valor da resistência utilizando a inclinação do gráfico. Não 
esqueça de incluir a incerteza em 𝑅. 
Responda abaixo: 
Ao lançar os dados da medição VxI no SciDAVs, notou-se que a relação se 
aproximava de uma reta, validando assim a fundamentação da lei de ohm onde 
V=R*I. Para obter o do valor da resistência, através do excel foi calculado o valor 
da inclinação da reta, conforme mostrado nas figuras 1,2 abaixo. 
 
Figura1 - Interporlação de pontos SciDAVs 
 
 
Figura2 - Calculo inclinação da reta v=r*i, assim como o seu desvio padrão 
 
5. Variando a tensão da fonte, monitore a corrente no amperímetro até atingir o valor de 
20 mA. Meça a diferença de potencial sobre o resistor com e sem o amperímetro no 
circuito. Houve mudança na leitura do voltímetro? Estime a resistência interna do 
amperímetro e compare com o valor do resistor de 27𝛺. 
Responda abaixo: 
Variando a tensão no potenciometro até constatar uma corrente de 20mA, 
observou-se que a tensão fornecida era de 0,549V, a ddp no resistor antes de 
remover o amperimetro era praticamente o mesmo valor observado após 
remover o amperimetro. 
Com isso podemos concluir que a resistencia interna do amperimetro é muito 
baixa, nao interferindo de forma signficativa na medição da corrente no sistema. 
Figura 3- Foto do experimento 
 
 
 
 
 
6. Fixe a tensão da fonte em 2,5 V. Meça a corrente elétrica que passa pelo resistor com o 
voltímetro em paralelo com o resistor. Meça também sem o voltímetro estar conectado 
ao resistor. Houve mudança na leitura do amperímetro? Estime a resistência interna 
do voltímetro e compare com o valor do resistor de 27𝛺. 
Responda abaixo: 
Ao realizar o experimento, notou-se que não ocorreu nenhuma alteração 
significativa, indicando assim, que a resistencia do voltimetro é muito alta, 
fazendo com que praticamente toda a corrente tenda a circular pela resistencia, 
interferindo de forma praticamente nula na medição da tensão sobre o resistor e 
tambem na medição do valor da corrente pelo amperímetro. 
Medidas de corrente-tensão em um diodo semicondutor 
Nesta etapa verificaremos o comportamento da curva corrente-tensão de um diodo comum 
de retificação, como mostrado na figura 3. 
Figura 3: Circuito utilizado para medir simultaneamente a característica I − V de um resistor 
comercial e de um diodo comum de retificação. Utilize um amperímetro e um voltímetro 
digitais para medir a corrente e a tensão respectivamente. A figura da direita mostra o 
símbolo do diodo e a imagem de um diodo comercial. 
 
Figura 4: Representação do circuito da Figura 3 na protoboard. Os cabos laranja e marrom 
continuam sendo utilizados para conectar o amperímetro em série com o restante do circuito. 
O cabo verde mede a tensão no ponto C do circuito. O código de cores do resistor em série com 
o diodo é de 100 𝛺 (sugerido no experimento). 
1. Monte o circuito conforme o diagrama da figura 3. 
Tire uma foto (ou mais) do seu aparato experimental. É necessário que na foto 
apareça um documento oficial seu com foto. Responda abaixo: 
 
2. Para um valor fixo de 𝑉0 (sugestão: 1 V), meça a corrente quando o diodo está montado 
no sentido indicado na figura 3 e quando está no sentido inverso. Discuta seu 
resultado. 
Responda abaixo: 
Figura 4 – foto experimento corrente diodo polarizado e inversamente polarizado 
 
 Considerando o diodo com a polarização direta, ao variar a tensão buscando 
atingir 1v, notou-se que que o máximo que foi possivel atingir foi de 0,746v, gerando 
uma corrente de 34,7mA sobre o diodo. Sabe-se que há uma perda detensão, algo em 
torno de 0,7v para que o mesmo comece a conduzir, se comportando como uma chave 
fechada. Para esse mesmo valor de tensão foi medido o valor da corrente quando o 
diodo está inversamente polarizado, notando assim que o mesmo se comportou como 
uma chave aberta, fazendo com que o fluxo de corrente por ele seja igual a zero. 
3. Aumente a tensão da fonte de alimentação medindo a tensão 𝑉𝐶 sobre o diodo. Neste 
caso os incrementos de tensão devem ser tais que 𝑉𝐶 aumente em passos de 0,1 V até 
que 𝑉𝐶 atinja 0,7 V. A partir de 𝑉𝐶 = 0,7 V, aumente a tensão na fonte de alimentação 
tal que a corrente no amperímetro aumente em passos de aproximadamente 3 mA. 
Registre seus dados e construa um gráfico de 𝐼 em função de 𝑉𝐶. Discuta a 
característica 𝐼 − 𝑉 de um diodo ideal e compare com a do diodo real obtida. 
Responda abaixo: 
Ao mensurar o valor da corrente, à medida que variava-se a tensão, foi possivel 
notar que após a tensão chegar a aproximadamente 0,6v e passar, o valor da 
corrente medida passou a variar de forma absurda, com um comportamente 
semelhante a uma curva exponencial, caracterizando a funcionalidade do diodo, 
em que em condições ideias deveria passar a conduzir corrente elétrica 
(comportando-se como uma chave fechada) após 0,7V. Porém devido a variaveis, 
relacionadas a composição do semicondutor, que podem gerar imprecisões. O 
diodo utilizado para o experimento, teve um comportamento semelhante, 
considerando suas incertezas. 
Figura 5- grafico relaçao VxI do diodo 
 
 
 
4. A tensão medida pelo procedimento acima está distorcida em relação ao que seria 
medida por um voltímetro com calibração de tensão independente. A porta USB não 
fornece potência suficiente para manter a tensão da placa fixa pois existe uma 
resistência efetiva em série com o arduino. Conecte a saída da fonte de tensão (fio 
laranja) diretamente ao ponto B do circuito, em série com o resistor de 100𝛺. Mude o 
voltímetro para o modo de tensão DC e meça a tensão entre a linha de 0V (azul) e a 
linha de 5V (vermelha) da placa. Descreva que acontece com a tensão de “5 V” quando 
a tensão do diodo (medida pelo arduino) passa de 0,7 V. Com o a sua fonte na maior 
tensão possível (potenciômetro no máximo), verifique com o multímetro qual é a 
tensão DC sobre o diodo. 
Responda abaixo: 
Ao mensurar a tensão sobre o diodo no momento em que o valor do 
potenciometro encontrava-se no maximo, foi observado que sobre o diodo 
tinha uma ddp de aproximadamente 0,6~0,7v, fazendo com que a tensão efetiva 
fornecida para o circuito fosse em torno de 4,3v, visto que aproximadamente 
0,7v ficava no diodo. 
Atenção: ao terminar seus experimentos, não desmonte a fonte de tensão. Ela será 
utilizada em práticas posteriores. Também lembre-se de desligar o multímetro após 
o uso para economizar a bateria. A parte mais cara do multímetro é a bateria.