Pratica 4 parte 2 - Experimento

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Universidade Federal de Pernambuco 
CCEN - Departamento de Física 
Física Experimental 2 – 2020.2 
 
Prática 4.2 - Experimento 
Características corrente-tensão de condutores elétricos 
Turma: w4 Estudante: wanderson bezerra dos santos 
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. 
Relação entre queda de tensão e energia do fóton emitido por 
diodos emissores de luz 
A queda de tensão numa junção PN está fortemente correlacionada com a largura da banda 
proibida (band gap) do material. O circuito utilizado para caracterizar o comportamento 
corrente tensão no diodo na prática anterior (ver Fig. 1) pode ser utilizado para verificar 
este comportamento em diodos emissores de luz (Light Emitting Diode - LED). 
Figura 1: Esquema do circuito para medir a queda de tensão em LEDs. Este circuito é similar 
ao de caracterização da curva I vs V de um diodo, e o LED também é um componente 
polarizado (a ordem dos terminais importa). A "perna mais comprida"é anodo do LED e deve 
estar no nó do circuito de maior potencial (ponto C). O catodo (perna mais curta) deve ir no 
0 V do circuito. O catodo também pode ser identificado pelo terminal mais próximo a um 
pequeno corte (chanfro) no aro da base do encapsulamento colorido do LED. 
Figura 2: Esquema do circuito para verificar a relação entre a queda de tensão numa junção 
PN e o comprimento da radiação emitida. O diodo deverá ser trocado pelos LEDs coloridos. 
1. Monte o circuito esquematizado na figura 1 usando sua protoboard. Um exemplo prático da 
montagem pode ser visto na figura 2. Comece esta atividade com o diodo de uso geral. 
Utilize o potenciômetro para controlar a potência fornecida ao diodo. Ajuste o eixo até que a 
corrente fornecida esteja em torno de 1 mA. Com esta corrente aplicada, registre a queda de 
tensão para o diodo de uso geral (tensão no ponto C) utilizando o arduino como voltímetro. 
Repita este procedimento utilizando os diversos LEDs fornecidos (vermelho, amarelo, verde e 
azul). Registre a queda de tensão na junção PN (𝑉𝐶,1𝑚𝐴) para cada LED utilizado. 
Tire uma foto (ou mais) do seu aparato experimental. É necessário que na foto apareça 
um documento oficial seu com foto. Responda abaixo: 
 
 
 LED AZUL (𝟐, 𝟓𝟔𝟗𝑽𝑪,𝟏𝒎𝑨) 
 LED VERMELHO (𝟏, 𝟕𝟐𝟔𝑽𝑪,𝟏𝒎𝑨) 
 LED VERDE (𝟏, 𝟖𝟖𝟐𝑽𝑪,𝟏𝒎𝑨) 
 LED AMARELO (𝟏, 𝟖𝟕𝑽𝑪,𝟏𝒎𝑨) 
 
FIGURA 1- FOTO BANCADE DE EXPERIMENTO 
 
 
 
2. Consulte a tabela 1 e monte um gráfico com a energia do fóton emitido versus a queda de 
tensão 𝑉𝐶 sobre a junção PN respectiva. Para o diodo de uso geral considere que a energia do 
fóton emitido corresponde à energia da banda proibida do silício em temperatura ambiente, 
1,11 eV. Que tipo de relação parece existir entre os dados (linear, lei de potência, 
exponencial)? Ajuste os dados experimentais e encontre um modelo que descreva a relação 
entre a energia do fóton emitido em função da queda de tensão na junção PN. Não se esqueça 
de incluir as incertezas. 
Responda abaixo: 
Para construção do gráfico foi utilizado os valores médios do range de energia de 
fóton, e observou que o grafico possuia uma caracteris bem aproximada a de um 
gráfico linear 
 
Figura 2- esboço do grafico eV xV 
 
3. Diversos efeitos contribuem para determinar o valor exato da queda de tensão na junção PN. 
No entanto, pode-se dizer que a energia dos fótons emitidos pela junção PN está fortemente 
relacionada com esta queda de tensão na junção? Justifique baseando nos seus dados 
coletados. 
Responda abaixo: 
Ao observar os dados coletados, foi possivel estimar uma reta que corresponde a 
relação entre a queda de tensão e a emissão da energia de fóton emitida pelos 
respectivos leds, para o mesmo valor de corrente, e com isso foi notado um 
comportamento quase linear, levando em consideração suas incertezas, e devido a isso 
podemos afirmar que essas duas gradezas estão fortemente relacionadas 
Tabela 1: Relação aproximada entre cor e a energia do fóton emitida 
Cor 
Energia do fóton 
(eV) 
Violeta 2,75–3,26 
Azul 2,50–2,75 
Verde 2,17–2,50 
Amarelo 2,10–2,17 
Laranja 2,00–2,10 
Vermelho 1,65–2,00 
Medidas de resistência utilizando a ponte de Wheatstone 
Observe o circuito da figura 3 (a). Na posição do resistor 𝑅𝑘 é utilizada a década resistiva 
que está mostrada na figura 3 (b) e um multímetro digital é conectado entre os pontos A e 
B na função amperímetro. 
Vamos agora reproduzir o novo circuito da figura 3 com os elementos que dispomos, como 
sugerido na figura 4. (Você deverá desmontar a fonte de tensão variável montada nas 
últimas práticas.) Note que a década será substituída pelo potenciômetro e 𝑅𝑥 por uma 
resistência conhecida de 𝑅𝑥 = 12 k𝛺. Escolha 𝑅1 = 𝑅2. 
Figura 3: (a) Circuito ponte de Wheatstone utilizado para medir a resistência de resistores 
diversos. (b) Década resistiva. 
 
Figura 4: Representação do circuito na protoboard. Os cabos laranja e marrom continuam 
sendo utilizados para conectar o amperímetro com o restante do circuito. O cabo verde mede 
a tensão no ponto B do circuito. No circuito representado, 𝑅1 = 𝑅2 = 10 k𝛺 e 𝑅𝑥 = 15 k𝛺. 
1. Antes de montar o circuito meça com o multímetro as resistências que serão usadas e anote 
seus valores com respectivo erro. Considerando 𝑅1 = 𝑅2, qual deverá ser a resistência no 
potenciômetro para que a diferença de potencial entre A e B seja zero, 𝑉𝐴𝐵 = 0? Neste caso, 
quando a ponte está balanceada, qual deverá ser a diferença de potencial 𝑉𝐶𝐵? 
Responda abaixo: 
R1=R2 = 12Kohms ± 5% 
R3= 1Kohms ±2% 
A ponte se encontra em equilibrio quando a corrente que atravessa o galvanometro é 
iaugal a zero. Utilizando a formala (R1*RK=R2*Rx ) a fim de descobrir o valor de RK, 
encontramos Rk≅ 1Kohms 
Figura 3 - calculo valor Rk 
 
Figura 4 – Valor da tensão Vcb quando a ponte está em equilibrio. 
 
Ajustando o valor de Rk, até a ponte entrar em equilibro, ou seja, o valor da corrente nos 
terminais ser igual a zero, indentificou o valor Vcb= 2,51±0,15 V 
Monte o circuito da figura 4 Tire uma foto (ou mais) do seu aparato experimental. É 
necessário que na foto apareça um documento oficial seu com foto. Responda abaixo: 
 
2. Ajuste o potenciômetro para 𝑉𝐶𝐵 = 2,5 V. Agora observando a corrente no amperímetro faça o 
ajuste fino até que a corrente seja mínima. Lembre-se de verificar a menor corrente na menor 
escala possível (𝜇A). Assim, a ponte estará balanceada. Nesta situação o que está acontecendo 
com o circuito? 
Responda abaixo: 
A ponte whetstone tem o objetivo de poder medir com precisao o valor do resistordesconhecido, que no caso é o valor da resistencia do potenciometro. 
 
3. Usando os cabos roxo e branco conectados ao potenciômetro, meça a resistência do 
potenciômetro usando o multímetro. Comente o resultado. 
Responda abaixo: 
Aproximadamente 1Kohms, o valor bem aproximado com o calculo feito anteriormente 
 
4. Substitua o resistor 𝑅𝑥 por um LDR (light dependent resistor) e refaça o procedimento de 
balancear a ponte, como no item 3. Certifique-se de que o sensor está totalmente iluminado 
pela luz ambiente (evite fazer sombra sobre o sensor). 
Responda abaixo: 
O Valor da tensao encontrada foi de 2,49±0,15 V 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. Novamente meça, usando os cabos branco e roxo e o multímetro, a resistência no 
potenciômetro. Infira com isso a resistência do LDR. Não esqueça de adicionar as incertezas 
aos valores. 
Responda abaixo: 
2,57K±0,05 OHMS 
 
 
6. Agora cubra a área do LDR evitando que a luz entre em contato com o sensor e repita o 
procedimento de balancear a ponte, como no item 3. Novamente meça, usando os cabos 
branco e roxo e o multímetro, a resistência no potenciômetro. Infira com isso a resistência do 
LDR. Esse valor é muito diferente do valor anterior encontrado? Discuta por quê o LDR possui 
esta resposta. 
Responda abaixo: 
O LDR É UM DISPOSITIVO ELETRÔNICO EM QUE O VALOR DA SUA RESISTÊNCIA, ESTÁ 
RELACIONADO DIRETAMENTE COM A INTENSIDADE LUMINOSA NA QUAL INCIDE 
SOBRE ELE. OBSERVA-SE PORTANTO QUE DEVIDO A COMPOSIÇÃO ESTRUTURAL DO 
LDR, QUANDO NAO HÁ EXISTENCIA DE LUZ, O VALOR DA SUA RESISTENCIA TENDE A 
SER MAXIMA, E QUANTO MAIOR A INCIDENCIA DO FEICHE DE LUZ SOBRE SUA 
SUPERFICIE, O VALOR DA SUA RESISTENCIA A SER MENOR. 
NO EXPERIMENTO FOI POSSIVEL NOTAR QUE ENQUANTO FOI COLOCADO O DEDO 
EM CIMA DO LDR IMPEDINDO A ILUMINAÇÃO SOBRE ELE, A TENSÃO DE EQUILIBRIO 
VCB, NA QUAL A CORRENTE ENTRE OS PONTOS ERA IGUAL A ZERO VCB= 2,36±0,17v, E 
MANTENDO AS MESMAS CONFIGURAÇÕES , AO REMOVER O DEDO A TENSÃO FOI PARA 
1,36±0,06v, E A CORRENTE FICOU EM TORNO DE 200µA, CONFIRMANDO ASSIM O QUE 
FOI DITO NO PARAGRAFO ANTERIOR.