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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA - UFPB CCEN – CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA DEPARTAMENTO DE FÍSICA FÍSICA III 1ª Experiência – LEI DE OHM JOÃO PESSOA 2019 1. INTRODUÇÃO Segundo o Hallidey, um componente obedece à lei de Ohm se, dentro de certos limites, a resistência do componente não depende do valor absoluto nem da polaridade da diferença de potencial aplicada. Além disso, essa lei pode ser, e por questões históricas, ser interpretada dentro de certas situações, como por exemplo, quando estamos trabalhando com um resistor. Dessa forma, podemos dizer que um componente obedece a lei de Ohm se a corrente que o atravessa varia linearmente com a diferença de potencial aplicada ao componente para qualquer valor da diferença de potencial . Resistores são dispositivos que possuem propriedades de resistir à passagem de corrente. Sendo assim, são dispositivos que podem ser usados para controlar a passagem de corrente elétrica em circuitos elétricos. O conceito de resistência pode ser expresso pela seguinte equação: 𝑅 = 𝑉 𝑖 (eq. 1) Essa equação se aplica a todos os componentes que conduzem corrente elétrica, mesmo que não obedecendo à lei de Ohm. Dessa maneira, para que um componente obedeça a lei de Ohm, é preciso que, dentro de certos limites, o gráfico de i em função de V seja linear (V = R*i), ou seja, que R não varie com V. Sendo assim, quando um componente é não-Ôhmico, as condições de proporcionalidade da (eq. 1) não são atendidas, ou seja, a relação entre V e i não é linear, e portanto, não há um valor único de R, sendo este diferente para cada valor de tensão (V). • ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE Os resistores são ligados sequencialmente, de uma maneira que a corrente que percorre por todos eles seja a mesma. Figura 1: Resistores em série Fonte 1: Halliday A resistência equivalente do sistema pode ser dada pela relação: 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 Ou, 𝑅𝑒𝑞 = ∑ 𝑅𝑗 𝑛 𝑗=1 (eq. 2) Logo, a resistência equivalente é a soma das resistências individuais. • ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO Os resistores são ligados em paralelos uns aos outros, dessa maneira, todos eles são submetidos à mesma resistência. Figura 2: Resistências em Paralelo Fonte 2: Halliday A resistência equivalente do sistema pode ser dada pela relação: 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 𝑅1 + 1 𝑅2 + 1 𝑅3 Ou, 1 𝑅𝑒𝑞 = ∑ 1 𝑅𝑗 𝑛 𝑗=1 (eq. 3) 2. METODOLOGIA Primeiro foram escolhidos dois resistores para a análise, espacialmente foram os dois primeiros do lado esquerdo após a lâmpada. O resistor R1 tem a seguinte sequência de cores: MARROM – PRETO – MARROM – DOURADO Que se baseando em uma tabela de código de cores de resistência elétrica, o instrumento escolhido tem uma resistência de 100 Ω. Já o resistor R2 tem uma única cor, e possui nele mesmo, o valor de sua resistência de 68 Ω. Todos os dois resistores mais a lâmpada estão dispostos em uma bancada que permite que se trabalhe com eles de uma forma mais eficiente. Além disso, foi usada uma fonte de tensão, que para esse caso foi uma fonte, tendo o valor de sua tensão disponível descartada na hora dos procedimentos, apenas ajustado os valores das tensões para que se tivesse uma mudança de corrente. Os valores anotados e trabalhados nesse relatório, de tensão e corrente, forrem medidos por dois multímetros, um ajustado para a tensão a um valor de 20 Volts, e outro ajustado para a corrente a uma escala de 200 mA. Como a fonte de tensão não tinha seus valores de tensão e corrente muito precisos, os valores posicionados nos instrumentos não foram transcritos para o relatório, apenas feito um cálculo de segurança para que os multímetros fossem dispostos em uma escala de segurança adequada. Estes sim foram usados para se obter os valores das propriedades do sistema em estudo. No circuito, adotou-se para a fonte uma máxima de corrente de 0,1765 ampere (176,5 mA), sendo a tensão máxima de 12 Volts e a resistência máxima para o menos resistor é de 68 Ω. O multímetro que mede a tensão foi associado em paralelo com os resistores e lâmpada, e o multímetro que mede a corrente foi associado em série com os mesmo. Primeiro medidos separadamente, depois em uma associação de resistores em série e em paralelo, nessa configuração foram realizados 10 procedimentos. 3. RESULTADOS Os valores colhidos da tensão e da corrente, para o R1 foram postos na tabela 1. Tabela 1: Resistor 1 de 100 Ω Nº Corrente i (mA) Tensão V (Volts) 1 17,1 1,64 2 27,6 2,66 3 37,9 3,63 4 45,9 4,51 5 56,2 5,52 6 67,4 6,57 7 77,4 7,65 8 87,6 8,63 9 97,6 9,55 10 107,9 10,65 Os valores obtidos para o resistor 2 foram postos na tabela 2. Tabela 2: Resistor 2 de 68 Ω Nº Corrente i (mA) Tensão V (Volts) 1 13,8 0,92 2 28,8 1,93 3 44,5 2,98 4 59,3 3,97 5 73,8 4,94 6 88,2 5,92 7 108,9 6,97 8 118,3 7,95 9 133,1 8,95 10 147,2 9,91 Os valores obtidos para a lâmpada podem ser vistos na tabela 3. Tabela 3: Lâmpada Nº Corrente i (mA) Tensão V (Volts) 1 36,6 1 2 53,4 2,03 3 65,8 3,03 4 76,5 4,04 5 86,2 5,09 6 96 6,05 7 103,6 7,01 8 112,2 8,06 9 120,6 9,17 10 126,6 10,01 Segundo o manual do multímetro disponibilizado pelo professor, o erro associado a uma voltagem DC é de ± 0,5% + 1 Dgt com uma resolução de 10 mV para a escala de 20 V no multímetro. Já o erro para a corrente é de ± 0,8% + 1 Dgt com uma resolução de 100 µA (10-6A) para a escala de 200 mA. Os erros forma dispostos na tabela e nos gráfico. Tabela 4: Incertezas de R1, R2 e da Lâmpada R1 R2 LÂMPADA Δi ΔV Δi ΔV Δi ΔV 0,237 0,018 0,210 0,015 0,393 0,015 0,321 0,023 0,330 0,020 0,527 0,020 0,403 0,028 0,456 0,025 0,626 0,025 0,467 0,033 0,574 0,030 0,712 0,030 0,550 0,038 0,690 0,035 0,790 0,035 0,639 0,043 0,806 0,040 0,868 0,040 0,719 0,048 0,971 0,045 0,929 0,045 0,801 0,053 1,046 0,050 0,998 0,050 0,881 0,058 1,165 0,055 1,065 0,056 0,963 0,063 1,278 0,060 1,113 0,060 Para a medida da resistência com o multímetro, a uma escala de até 200 Ω, o resistor 1 (R1) teve um valor de 98,7 Ω, já o resistor 2 (R2) teve um valor 67,4 Ω, e para a lâmpada um valor de 5,2 Ω. Já para a medida em associação dos resistores em série, temos um valor de 165,9 Ω, e em paralelo um valor de 40,5 Ω. Tabela 5: Medida das Resistências Resistência (Ω) ΔR (Ω) R1 98,7 0,890 R2 67,4 0,639 LÂMPADA 5,2 0,142 R1 e R2 Série 165,9 1,427 Paralelo 40,5 0,424 Pelos valores obtidos na medição das resistências separadamente podemos perceber que as medidas se aproximam aos dos especificados pelas cores dos resistores, tendo uma diferença mínima, possível diferença do erro associado. Já para os resistores associados, podemos usar a relação da equação 2 para a associação em série, onde se esperava que se tivesse uma resistência de 168Ω (100+68), e obteve-se, novamente um valor muito próximo do esperado, sendo ele de 165,9Ω, a diferença pode ser explicada com a relação do erro associado. Ademais, para a associação em paralelo, o que se esperava era um valor de 40,476Ω, para esse caso podemos dizer que a medição foi quase exata no multímetro, de 40,5 Ω, com uma diferença prevista na relação de erros. 4. DISCUSSÕES Quando plotamos os valores obtidos das medições podemos notar mais visivelmente a relação de obediência da lei de Ohm, para os instrumentos em estudo. Pode-se notar que os dois resistores obedecem à definição da lei de Ohm de um material Ôhmico, ou seja, um material queresiste a passagem de corrente de uma forma simétrica com relação à tensão. Nota-se nas tabelas 1 e 2. Podemos perceber uma relação de linearidade e proporção entre a corrente e a tensão em uma relação de linearidade. Já para o caso da lâmpada, percebesse uma relação diferente da apresentada. Já para o cálculo da resistência com relação às reatas, podemos calcular uma resistência para os pontos (77,4 mA; 7,65 V) e (37,9 mA; 3,63V) e obtendo um coeficiente de reta 𝑎 = 9,826 kΩ, e colocando a realação R = 1/𝑎, obtendo um valor y = 0,0992x - 0,0736 R² = 0,9998 0 2 4 6 8 10 12 0 20 40 60 80 100 120 V (Volts) i (mA) Gráfico 1 - Resistor 1 de 100 Ω y = 0,0669x - 0,0105 R² = 0,9987 0 2 4 6 8 10 12 0 50 100 150 200 V (Volts) i (mA) Gráfico 2 - Resistor 2 de 68 Ω de 101,77 Ω. Já para o R2, com os pontos (118,9 mA; 6,97 V) e o ponto (44,5 mA; 2,98 V), temos um 𝑎= 14,849 kΩ, logo R = 1/𝑎, com um valor de 67,34 Ω. Os valores obtidos da resistência calculados pelas retas se assemelham satisfatoriamente ao obtido com os multímetros. Mostrando que a relação estabelecida pela lei de Ohm é bem atendida para os dois resistores. Percebe-se uma relação que não obedece as implicações da lei de Ohm, apesar de ter um material que tem uma resistência a corrente, mas boa parte da relação da energia associada é transformada no efeito Joule, ou seja, transformada em calor e energia. 5. CONCLUSÃO Concluímos que, os dois resistores estudados R1 e R2 obedecem a lei de Ohm, que estabelece uma relação de linearidade entre os resistores. Além de uma boa observação na prática de como a teoria é trabalhada nesses instrumentos que cercam o nosso dia a dia. Destacando uma relação de resistência especial para a lâmpada que obedece a lei de Ohm dentro de certos limites, e acaba nos dando uma ideia clara e objetiva do efeito Joule. 6. REFERÊNCIAS y = 0,1021x - 3,406 R² = 0,9855 0 2 4 6 8 10 12 0 20 40 60 80 100 120 140 V (Volts) i (mA) Gráfico 3 - Lâmpada HALLIDAY, D.; WALKER, J.; RESNICK R. Fundamentos de Física. 8. ed., Rio de Janeiro: LTC, 2009.
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